0 1引言

近年來，許多二維（2D）磁性材料已經被報道。例如，幾層或單層Fe3GeTe2、CrI3、MnBi2Te4和CrTe2具有磁性。通過分子束外延（MBE）合成的1T-VSe2在室溫下顯示出鐵磁性。摻雜有Fe的單層MoS2在室溫下也表現出鐵磁性。在各種2D鐵磁材料中，2D磁性MXene引起了廣泛關注。例如，Mn2C是一種反鐵磁性金屬。Mn2CTx（T=F，Cl，OH，O，H）、Mn2NTx（T=O，OH，F）、Ti2NO2、Cr2NO2和Cr2C都是具有高居里溫度的半金屬。由于2D材料的獨特性質，如無懸掛鍵、高穩定性和易于通過范德華（vdW）力形成異質結，2D磁性材料為MTJ帶來了新的發展機遇，許多關于基于2D磁性材料的vdW MTJ的研究工作也已經被報道。

然而，關于基于2D磁性材料的平面內MTJ的報道很少。已報道的平面內MTJ Mn2CF2/Ti2CO2/Mn2CF2，其TMR的峰值約為106。面內MTJ Mn2NF2/Ti2CO2/Mn2NF2，TMR值可以達到1012。有趣的是，已經報道了基于VB-h-NB納米帶的面內雙勢壘MTJ（IDB-MTJ）。由于其獨特的結構特征，與傳統的MTJ或范德華MTJ相比，這種IDB-MTJ具有特殊的優勢。首先，與傳統的MTJ或范德華MTJ相比，這種IDB-MTJ將具有更快的寫入速度和更低的寫入功耗。其次，IDB-MTJ的TMR可以通過FFML的長度來調節，并且TMR可以與傳統的場效應晶體管（FET）進行比較。更重要的是，這種IDB-MTJ可以應用于傳統MTJ或范德華MTJ無法使用的邏輯計算中。為了進一步了解IDB-MTJ的傳輸特性，本工作研究了基于MXene Cr2C的IDB-MTJ。Cr2C是具有大的半金屬間隙（2.85eV）的半金屬，并且在室溫下呈現鐵磁性。因此，它是IDB-MTJ的理想電極材料。此外，Cr2C的電子性質可以通過F、OH、H或Cl基團的表面官能化來調節。例如，Cr2CF2是一種具有大帶隙（3.49eV）的絕緣體，是IDB-MTJ的理想勢壘材料。可以通過在Cr2C納米片上的表面功能化來制備IDB-MTJ Cr2C/Cr2CF2/Cr2C/Cr2CF2/Cr2C。在本研究工作中，我們利用鴻之微Nanodcal軟件對IDB-MTJ Cr2C/Cr2CF2/Cr2C/Cr2CF2/Cr2C的輸運特性展開了研究。

0 2成果簡介

計算結果表明在低偏壓范圍內（0~0.12 V）該面內雙勢壘磁性隧道結的遂穿磁阻比(TMR)隨傳輸通道長度的增加而增加。最大的TMR值達到了6.58×1010，最小的TMR值（3.86×106）也可以和傳統的場效應晶體管相比較。我們的研究結果表明該面內雙勢壘磁性隧道結在自旋晶體管和磁性隨機存儲器方面有較大的應用前景。

0 3圖文導讀

圖1. (a,b) 結構優化后的Cr2C 和Cr2CF2的俯視圖和側視圖。(c) 應變狀態下Cr2CF2一個的俯視圖和側視圖。（d-f）Cr2C、Cr2CF2和應變狀態下的Cr2CF2的能帶和態密度圖。

圖2. （a）雙勢壘磁性隧道結Cr2C/Cr2CF2/Cr2C/Cr2CF2/Cr2C的結構示意圖，半無限的Cr2C作為左右電極，Cr2CF2作為勢壘，中間的Cr2C作為自由鐵磁層（FFML）。（b）當FFML的長度為2.20 nm時，雙勢壘磁性隧道結Cr2C/Cr2CF2/Cr2C/Cr2CF2/Cr2C的隧穿譜。（c）該雙勢壘磁性隧道結在費米面處自旋向上方向的局域態密度。該自旋向上方向的態密度通過沿x方向疊加得到。

圖3. (a-c)當FFML長度為1.65 nm, 2.20 nm 和 2.75 nm時的電流Ip和IAP。（d）這些雙勢壘磁性隧道結在施加偏壓時的TMR值。

0 4小結

本工作通過密度泛函理論和非平衡格林函數方法研究了基于Cr2C的IDB-MTJ，與先前報道的基于VB-h-NB納米帶的IDB-MTJ相比，基于Cr2C的IDB-MTJ的性能顯著提高。此處獲得的最大TMR值達到6.58×1010，甚至這里獲得的TMR的最小值（3.86×106）也能與傳統FET相應值進行了比較，基于Cr2C的IDB-MTJ具有良好的應用前景。

審核編輯 ：李倩