日本材料科学研究所(NIMS)在室温下实现了631%的隧道磁阻(TMR)比，打破了保持了15年的世界纪录。

研究团队通过微调磁隧道结(MTJ)中的界面来实现这一目标。该MTJ表现出非常大的TMR比振荡效应，峰谷(PV)差为141%。这种现象可用于显着提高磁传感器的灵敏度和磁阻随机存取存储器(MRAM)的容量。

这项研究在线发表在AppliedPhysicsLetters上。

当两个铁磁层的相对磁化对齐发生变化时，隧道磁阻(TMR)是MTJ中隧道电流的显着变化——MTJ由两个被薄绝缘体隔开的铁磁体组成。这种效应已用于高度灵敏的微型磁传感器和节能MRAM。

通过使用能够产生更大TMR比率(即，当MTJ的两个铁磁体的磁化方向在平行和反平行之间切换时由MTJ产生的电阻差异)的MTJ，可以同时提高传感器灵敏度和MRAM密度。

2008年记录的604%的室温TMR比率一直保持为世界纪录，直到最近。由于这一记录多年来一直保持领先，人们普遍认为磁传感器和MRAM性能的改进空间很小。

这个NIMS研究小组最近通过精确控制MTJ中的界面打破了TMR比率记录，该MTJ由两个由薄绝缘层隔开的薄磁性层组成。该团队对MTJ进行了原子级修改，包括用单晶制造其所有层组件，以及在磁性层和绝缘层之间添加超薄金属镁层。因此，该团队能够创建一个最大TMR比率为631%的MTJ。

此外，该MTJ的TMR比率被发现以141%的PV差异振荡——显着大于现有MTJ的PV差异(高达百分之几十)。这一结果与之前的发现一致，即TMR比的振荡PV差异受绝缘层厚度的影响很大。

在未来的研究中，该团队将通过研究本研究中观察到的大PV差异背后的机制，努力阐明TMR比率与其振荡PV差异之间的关系知之甚少。这种理解可能使团队能够打破自己的室温TMR比世界纪录。

利用这一突破性成果，该团队将致力于加速医疗用超灵敏磁传感器和超大容量MRAM的开发。

该项目由ThomasScheike(NIMS磁性与自旋电子材料研究中心(CMSM)特别研究员)和HiroakiSukegawa(NIMSCMSM组长)领导的研究团队开展。

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