Novel spintronic device concepts based on spin-gapless semiconductors and half-metallic magnets

Abstract

Durch Verwendung von Halbleitern ohne Spin-Anregungslücke (SGSs) und halbmetallischer Magneten (HMMs) für magnetische Tunnelkontakte (MTJs) erhält man Eigenschaften, welche mit herkömmlichen MTJs nicht realisiert werden können. Wir untersuchen neuartige, spintronische Bauteile, welche auf den Eigenschaften von HMMs und SGSs basieren. Zuerst durchsuchen wir die Familie der quaternären Heusler-Legierungen nach HMMs und SGSs, entwerfen verschiedene MTJs und untersuchen die Strom-Spannungs-Kennlinie sowie den magnetischen Tunnelwiderstand (TMR). Wir zeigen, dass diese MTJs eine rekonfigurierbare Diodenkennlinie und einen inversen TMR Effekt aufweisen. Die Kombination dieser Eigenschaften eröffnet neue Möglichkeiten für magnetische Speicherzellen und Logikkonzepte. Zum Schluss erweitern wir dieses Konzept, indem wir die Tunnelbarriere entfernen. So erhalten wir ein Bauteil, welches sich als ohmsche Diode mit linearer Strom-Spannungs-Kennlinie verhält und keine Einschaltspannung aufweist.

The use of spin-gapless semiconductors (SGSs) and half metallic magnets (HMMs) for magnetic tunnel junctions (MTJs) provides unique functionalities which cannot be realized in conventional MTJs. Here, we report on novel spintronic device concepts based on HMMs and SGSs. First, we screen the family of quaternary Heusler compounds for suitable HMMs and SGSs and then design a number of MTJs and study their transport properties, i.e., I-V characteristics and TMR effect. We demonstrate that the new MTJs present reconfigurable current rectification and an inverse TMR effect. The combination of such properties makes the proposed MTJs very promising for spintronic applications and opens new ways to magnetic memory and logic concepts. Finally, we extend this new MTJ concept, i.e., by removing the tunnel barrier we end up with a SGS-HMM junction which acts as an Ohmic diode with linear current-voltage characteristics and zero threshold voltage.