Magnetic tunnel junction made of abundant materials for memory and dynamic applications

Mariusz Cierpiał; Dawid Maślanka; Kacper Gubała; Jakub Mojsiejuk; Krzysztof Grochot; Jerzy Wrona; J. Langer; Tianxiang Nan; Witold Skowroński

doi:10.1038/s41598-025-20842-9

학술저널 cc-by Full-text

저자정보: Mariusz Cierpiał Dawid Maślanka Kacper Gubała Jakub Mojsiejuk Krzysztof Grochot Jerzy Wrona J. Langer Tianxiang Nan Witold Skowroński

출처: Springer Science and Business Media LLC Scientific Reports 15(1)

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Magnetic tunnel junction (MTJ) used currently for data storage are characterized by perpendicular magnetic anisotropy, which is beneficial in terms of low current density required for switching and the thermal stability of the free magnetic layer. The other ferromagnet of MTJ, namely the reference layer is fixed using so-called synthetic antiferromagnetic (SAF) structure, which typically involves less-abundant material, such as Pt or Pd. We present an alternative stack structure, with the SAF based on Ni-Co superlattices, which is Pt-free. The reference layer of MTJ is characterized by the switching field above 250 mT. In MTJ nanopillars of diameter down to 80 nm, we show a robust switching with voltage pulses between 1 ms and 5 ns, tunneling magnetoresistance up to 140%, high thermal stability and switching current density of 2.6 MA/cm<sup>2</sup>. Our result show a promising route towards design of MTJs made of abundant materials.

#Nanopillar #Tunnel magnetoresistance #Stack (abstract data type) #Magnetoresistive random-access memory #Magnetoresistance #Micromagnetics #Quantum tunnelling #Ferromagnetism #Magnetic storage

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