Tunnel junctions dengan barrier multiferoik

TUNNEL JUNCTIONS DENGAN BARRIER

MULTIFERROIK

GUSTI AYU PUTU OKA S, INDRA MAULANA, KOKO FRIANSA

Multiferroik

• Skematik tunnel junction.

• Barrier => La0.1Bi0.9MnO3(LBMO)

• Tunnel Junction adalah barrier (penghalang), seperti lapisan isolasi tipis atau potensial listrik, antara dua bahan elektrik.

• Konfigurasi anti-paralel, polarisasipositif.

• Konfigurasiparalel, polarisasipositif.

• Konfigurasi anti-paralel, polarisasinegatif.

• Konfigurasiparalel, polarisasinegatif.

Four Logic State

• Four Logic State dengan polarisasi elektrik P dan magnetisasi M

• Diagram skematik dariarah spin tunneling untukparalel (kiri) dananti-paralel(kanan)

• (a) Pengaruhbarrier dariferromagnetik, spin-up(merah), spin-down(biru).

• (b) Pengaruhbarrier daripolarisasiferroelektrik

La0.1Bi0.9MnO3

• La0.1Bi0.9MnO3 (LBMO) merupakan bahan thin film dan memiliki sifat multiferoik denganketebalan yang digunakan 2 nm.

• LBMO dapat digunakan sebagai barrier ditunnel junction dengan mengatur 2 keadaanyaitu ferromagnetik dan ferroelektrik dibarrier.

Keuntungan La0.1Bi0.9MnO3

• Memiliki sifat ferroelektrik dan ferromagnetiksekaligus

• Bila diaplikasikan pada RAM, keuntunganmultiferroik:

Magnetic write operation tidak merusak

Daya rendah, write operation cepat

Biaya produksi yang murah

Memiliki nilai ferroelektrik Curie temperatur (Tce) yang tinggi (Tce= 450 K – 770K)

• Pengukuran magnetisasi benda menggunakan SQUID (Superconductor Quantum Inteference Device)

• ∆V = ∆IR ; dimana I = ∆Ф/L

• Sehingga: ∆V = (∆Ф/L)R

• Ф = B A cos θ

Pengukuran

• Gambar ultrathin LBMO film 2nm yang dihasilkan oleh PFM (piezoresponse force microscopy)

• Kotak 1μm2 dihasilkan dari 2V dengan arahpolarisasi negatif.

Keadaan magnetisasi dan ferroelektrik dari film 30 nm LBMO (a) Temperature tetap (10 K) (b) Magnetisasi tetap (2 kOe)

Tcm ≈ 90 K (Currie Temperature)

• (c) Hasil gambar PFM dengan tegangan positifatau negatif 4 V

• (d) variasi fasa piezoresponse terhadap tegangan

• Perbedaan junction resistance pada konfigurasiantiparalel dan paralel dari Magnetisasi LSMO dan LBMO (a) LBMO 4nm (b) tanpa STO spacer

Rasio Tunnel Magnetoresistance (TMR)

• (Hitam) TMR menurun dan terhenti di 60 K lebih kecil dari nilai Tcm dari ketebalan film dibawah 2nm.

• (Merah) TER

• (a) Tegangan bias terhadap arus padaLSMO/LBMO/Au tunnel Junction, (merah: negatifke postif), (hitam: positif ke negatif)

• (b) Pengukuran TER (biru) dan TMR (hijau) padaLSMO/LBMO/Au tunnel Junction. ER = 22% danlebih besar dari TMR pada tegangan rendah

• (c) Tegangan bias antara +2 V dan -2 V di pada LSMO/LBMO/Au Junction

• (d-e) Tunnel magnetoresistance dengan Au spacer (+1.5V dan -1.5 V)

• (f-g) Tunnel magnetoresistance tanpa Au spacer (+1.5V dan -1.5 V)

MeRAM (Magnetoelectric Random Access Memory)

• MeRAM memiliki potensial yang bagus sebagaiaplikasi memori di masa depan, seperti:

smart-phones

tablets

computers dan microprocessors

Memory penyimpanan data, seperti harddisk.

Sifat MeRAM

• Non-volatile

• Kecepatan membaca dan menulis data sangattinggi

• Hemat daya (karena panas yang dihasilkansangat sedikit, menghemat energi hingga 10-1000 kali)

• Tingkat kepadatan memori sangat tinggi (5 kali lebih tinggi dr MRAM)

Prinsip MeRAM

Memanfaatkan magneto-electric tunneljunctions (METJ) dan dikombinasikan denganefek tunnel electroresistance (TER) dan tunnelmagnetoresistance (TMR).

Kelemahan

• La0.1Bi0.9MnO3 (LBMO) memiliki nilai magnetikCurie temperatur rendah (Tcm = 105 K) sehingga Magnetisasi turun tiba-tiba saattemperatur dinaikkan di atas titik Curie.

Kesimpulan

• LBMO memiliki sifat multiferroik sehinggamemiliki sifat ferroelektrik dan ferromagnetiksekaligus.

• LBMO dapat digunakan dalam barrier tunnel junction dengan nilai Tcm = 105 K dan Tce = 450 K – 770 K dengan ketebalan dalam 2nm