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Proceedings Paper

Oxygen-vacancy driven tunnelling spintronics across MgO
Author(s): U. Halisdemir; F. Schleicher; D. J. Kim; B. Taudul; D. Lacour; W. S. Choi; M. Gallart; S. Boukari; G. Schmerber; V. Davesne; P. Panissod; D. Halley; H. Majjad; Y. Henry; B. Leconte; A. Boulard; D. Spor; N. Beyer; C. Kieber; E. Sternitzky; O. Cregut; M. Ziegler; F. Montaigne; J. Arabski; E. Beaurepaire; W. Jo; M. Alouani; P. Gilliot; M. Hehn; M. Bowen
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PDF $14.40 $18.00

Paper Abstract

The conservation of an electron’s spin and symmetry as it undergoes solid-state tunnelling within magnetic tunnel junctions (MTJs) is thought to be best understood using MgO-based MTJs1. Yet the very large experimental values of tunnelling magnetoresistance (TMR) that justify this perception are often associated with tunnelling barrier heights well below those suggested by the MgO optical band gap. This combination of high TMR and low RA-product, while spawning spin-transfer/spin-orbit torque experiments and considerable industrial interest, cannot be explained by standard theory. Noting the impact of a tunnel barrier’s altered stoichiometry on TMR2, we reconcile this 10+year-old contradiction between theory and experiment by considering the impact of the MgO barrier’s structural defects3–5. We find that the ground and excited states of oxygen vacancies can promote localized states within the band gap with differing electronic character. By setting symmetry- and temperature-dependent tunnelling barrier heights, they alter symmetry-polarized tunnelling and thus TMR. We will examine how annealing, depending on MgO growth conditions, can alter the nature of these localized states. This oxygen vacancy paradigm of inorganic tunnelling spintronics opens interesting perspectives into endowing the MTJ with additional functionalities, such as optically manipulating the MTJ’s spintronic response.

Paper Details

Date Published: 26 September 2016
PDF: 10 pages
Proc. SPIE 9931, Spintronics IX, 99310H (26 September 2016); doi: 10.1117/12.2239017
Show Author Affiliations
U. Halisdemir, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
F. Schleicher, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
D. J. Kim, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
B. Taudul, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
D. Lacour, Institut Jean Lamour, CNRS, Univ. de Lorraine (France)
W. S. Choi, Seoul National Univ. (Korea, Republic of)
M. Gallart, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
S. Boukari, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
G. Schmerber, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
V. Davesne, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
P. Panissod, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
D. Halley, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
H. Majjad, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
Y. Henry, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
B. Leconte, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
A. Boulard, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
D. Spor, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
N. Beyer, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
C. Kieber, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
E. Sternitzky, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
O. Cregut, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
M. Ziegler, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
F. Montaigne, Institut Jean Lamour, CNRS, Univ. de Lorraine (France)
J. Arabski, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
E. Beaurepaire, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
W. Jo, Ewha Womans Univ. (Korea, Republic of)
M. Alouani, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
P. Gilliot, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)
M. Hehn, Institut Jean Lamour, CNRS, Univ. de Lorraine (France)
M. Bowen, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, Univ. of Strasbourg, CNRS (France)


Published in SPIE Proceedings Vol. 9931:
Spintronics IX
Henri-Jean Drouhin; Jean-Eric Wegrowe; Manijeh Razeghi, Editor(s)

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