近年来，微纳加工技术的不断突破促使电子器件的尺寸达到了纳米量级。随着电子元件的小型化，量子效应的制约愈发显著，致使摩尔定律受到挑战。因此迫切需要开发新型纳米电子器件，旨在不牺牲性能的前提下减小器件尺寸，从而达到器件低功耗、高效率、高集成度的目的。二维范德华材料展现出许多不同于相应体材料的新颖物理特性，使其在新型光磁电功能器件等领域展现出较大应用潜力。进一步将不同物性的二维材料堆叠起来制成范德华异质结已经成为新的研究热点，引起了学术界浓厚的研究兴趣。其原子级厚度、大的比表面积以及不考虑晶格失配等优点为设计更高性能的电子器件带来了希望。
严志博士（导师：许小红教授和中科大乔振华教授）及其合作者，设计了如图1（a）所示的Fe3GeTe2/双层α-In2Se3/Fe3GeTe2范德华多铁隧道结，利用非平衡格林函数结合密度泛函理论研究了其自旋极化的电输运性质。结果表明，通过改变铁电极化方向和电极的磁化方向，该范德华多铁隧道结可以产生多重非易失阻态，最大TMR和TER分别为1.1×107%和744%（表1），更换电极以及施加面内双轴应力可以进一步增大这些阻值。此外，在该多铁隧道结中还观察到了完美的自旋过滤效应，通过改变偏压符号可以灵活操控自旋通道。该研究表明大的TMR、TER以及完美的自旋过滤效应可以在同一体系中共存，并且这种范德华多铁隧道结的灵活操控性有望为实验上设计下一代逻辑存储器件提供有益的理论指导。
相关成果以《Giant tunneling magnetoresistance and electroresistance in α-In2Se3-based van derWaals multiferroic tunnel junctions》为题发表在Phys. Rev. B 105, 075423 (2022)。
全文链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.105.075423
图1：（a）Fe3GeTe2/双层-α-In2Se3/Fe3GeTe2多铁隧道结器件示意图；（b）平衡态下三种不同极化态的该多铁隧道结中心散射区域的库仑势沿输运方向（z轴）的演化关系；（c）平衡态下三种不同磁隧道结在二维布里渊区内自旋分辨的电子透射谱。
表1：平衡态下，计算得到的该多铁隧道结的自旋极化的电子透射系数T↑和T↓、TMR、TER和自旋注入效率η，左右导线为半无限Fe3GeTe2电极
