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Robust Giant Magnetoresistance in 2D Van der Waals Molecular Magnetic Tunnel Junctions
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2021-07-25 , DOI: 10.1021/acsami.1c10673 Dongzhe Li 1 , Thomas Frauenheim 2 , Junjie He 2, 3
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2021-07-25 , DOI: 10.1021/acsami.1c10673 Dongzhe Li 1 , Thomas Frauenheim 2 , Junjie He 2, 3
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The spin transport across a zero-dimensional (0D) single-molecule sandwiched by two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) ferromagnetic electrodes may open vast opportunities to create novel mixed-dimensional spintronics devices. However, this remains unexplored yet. Inspired by the recent discovery of 2D intrinsic ferromagnets Fe3GeTe2, using first-principles spin transport calculations, we show that single-molecule junctions based on Fe3GeTe2 can yield perfect spin filtering and a significant magnetoresistance (MR) of up to ∼6075%. This remarkable MR is more than 2 orders of magnitude higher than the MR obtained for the corresponding junctions with conventional ferromagnetic metals (e.g., Ni, Fe, and Co). We demonstrate the results of two representative examples that are feasible in the experiments: (i) A benzene or (ii) bezenedithiol (BDT) connected either through a scanning tunneling microscope or break-junction setups. We find that the conductance of BDT junctions is more than 10 times larger than that of the benzene junction due to a much stronger hybridization effect at the molecule–metal interfaces. The key mechanism of the perfect spin filtering and large MR in single-molecule junctions is mainly determined by the intrinsic properties of Fe3GeTe2 electrodes, while the actual conductance is determined by the hybridization strength of the majority spin channel at the molecule–metal interfaces. It is also predicted that the perfect spin filtering and the remarkably huge MR are highly insensitive to structural variations, interface defects, and stacking orders of the electrodes. Our results provide important insights for expanding molecular spintronics platforms from conventional ferromagnetic metals to new 2D vdw magnets.
中文翻译：
二维范德华分子磁隧道结中的强大巨磁阻
由二维 (2D) 范德华 (vdW) 铁磁电极夹在零维 (0D) 单分子上的自旋输运可能为创造新型混合维自旋电子学器件提供巨大的机会。然而，这仍然有待探索。受最近发现的二维本征铁磁体 Fe 3 GeTe 2 的启发，使用第一性原理自旋输运计算，我们表明基于 Fe 3 GeTe 2 的单分子结可以产生完美的自旋过滤和显着的磁阻 (MR) 高达～6075%。这个显着的 MR 比使用传统铁磁金属（例如.、Ni、Fe 和 Co)。我们展示了在实验中可行的两个代表性示例的结果：（i）苯或（ii）苯二硫醇（BDT）通过扫描隧道显微镜或断裂结设置连接。我们发现 BDT 结的电导比苯结的电导大 10 倍以上，这是由于分子-金属界面处的杂化效应强得多。单分子结中完美自旋过滤和大MR的关键机制主要由Fe 3 GeTe 2的本征性质决定电极，而实际电导由分子-金属界面处主要自旋通道的杂化强度决定。还预测完美的自旋过滤和非常大的 MR 对结构变化、界面缺陷和电极的堆叠顺序高度不敏感。我们的结果为将分子自旋电子学平台从传统的铁磁金属扩展到新的 2D vdw 磁体提供了重要的见解。
更新日期：2021-08-04
中文翻译：
二维范德华分子磁隧道结中的强大巨磁阻
由二维 (2D) 范德华 (vdW) 铁磁电极夹在零维 (0D) 单分子上的自旋输运可能为创造新型混合维自旋电子学器件提供巨大的机会。然而，这仍然有待探索。受最近发现的二维本征铁磁体 Fe 3 GeTe 2 的启发，使用第一性原理自旋输运计算，我们表明基于 Fe 3 GeTe 2 的单分子结可以产生完美的自旋过滤和显着的磁阻 (MR) 高达～6075%。这个显着的 MR 比使用传统铁磁金属（例如.、Ni、Fe 和 Co)。我们展示了在实验中可行的两个代表性示例的结果：（i）苯或（ii）苯二硫醇（BDT）通过扫描隧道显微镜或断裂结设置连接。我们发现 BDT 结的电导比苯结的电导大 10 倍以上，这是由于分子-金属界面处的杂化效应强得多。单分子结中完美自旋过滤和大MR的关键机制主要由Fe 3 GeTe 2的本征性质决定电极，而实际电导由分子-金属界面处主要自旋通道的杂化强度决定。还预测完美的自旋过滤和非常大的 MR 对结构变化、界面缺陷和电极的堆叠顺序高度不敏感。我们的结果为将分子自旋电子学平台从传统的铁磁金属扩展到新的 2D vdw 磁体提供了重要的见解。
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