Large Perpendicular Magnetic Anisotropy in Ta/CoFeB/MgO on Full-Coverage Monolayer MoS 2 and First-Principles Study of Its Electronic Structure

Autor: Michel Vergnat, Pierre Renucci, Ziqi Zhou, Alexandre Bouché, Abdallah Jaafar, Paul Marcon, Hans Tornatzky, Hervé Rinnert, Cedric Robert, Sylvie Migot, Xavier Marie, Xavier Devaux, Mathieu Stoffel, J.-M. George, Philippe Pigeat, Rémi Arras, Yuan Lu, Zhongming Wei, L. Calmels, Lei Ren, Henri-Yves Jaffrès
Přispěvatelé: Institut Jean Lamour (IJL), Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences & College of Materials Science and Optoelectronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China, Matériaux et dispositifs pour l'Electronique et le Magnétisme (CEMES-MEM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-19-CE24-0005,SIZMO2D,Injection/detection de spin à champ magnétique nul dans des dispositifs SpinOptroniques à base de Semiconducteurs 2D(2019), ANR-18-CE24-0017,FEOrgSpin,Contrôle ferroélectrique de la spinterface organique/ferromagnétique(2018), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: ACS Applied Materials & Interfaces
ACS Applied Materials & Interfaces, Washington, D.C. : American Chemical Society, 2021, 13 (27), pp.32579-32589. ⟨10.1021/acsami.1c08805⟩
ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13 (27), pp.32579-32589. ⟨10.1021/acsami.1c08805⟩
ISSN: 1944-8244
1944-8252
Popis: International audience; Perpendicularly magnetized spin injector with high Curie temperature is a prerequisite for developing spin optoelectronic devices on 2D materials working at room temperature (RT) with zero applied magnetic field. Here, we report the growth of Ta/CoFeB/MgO structures with a large perpendicular magnetic anisotropy (PMA) on full coverage monolayer (ML) MoS2. A large perpendicular interface anisotropy energy of 0.975mJ/m 2 has been obtained at the CoFeB/MgO interface, comparable to that observed in magnetic tunnel junction systems. It is found that the insertion of MgO between the ferromagnetic metal (FM) and the 2D material can effectively prevent the diffusion of the FM atoms into the 2D material. Moreover, the MoS2 ML favors a MgO(001) texture and plays a critical role to establish the large PMA. First principle calculations on a similar Fe/MgO/MoS2 structure reveal that the MgO thickness can modify the MoS2 band structure, from an indirect bandgap with 7ML-MgO to a direct bandgap with 3ML-MgO. Proximity effect induced by Fe results in a splitting of 10meV in the valence band at the Γ point for the 3ML-MgO structure while it is negligible for the 7ML-MgO structure. These results pave the way to develop RT spin optoelectronic devices on 2D transition-metal dichalcogenide materials.
Databáze: OpenAIRE
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