东北大学的一组研究人员推出了一种具有巨大磁阻的新材料，为非易失性磁阻存储器(MRAM)的发展铺平了道路。
如今，对能够有效处理大量数字信息的硬件和传感器的进步需求从未如此之大，尤其是在当今数字经济时代。
这些硬件和传感器中的大部分都依赖于MRAM和磁传感器，而隧道磁阻器件构成了此类设备的大部分。
隧道磁阻器件利用隧道磁阻效应来检测和测量磁场。这与磁隧道结中铁磁层的磁化有关。当磁铁对齐时，会观察到低电阻状态，电子可以很容易地穿过它们之间的薄绝缘屏障。当磁体未对齐时，电子的隧穿效率会降低并导致更高的电阻。这种电阻变化表示为磁阻比，这是决定隧道磁阻器件效率的关键指标。磁阻比越高，器件越好。
电流隧道磁阻器件包括氧化镁和铁基磁性合金，如铁钴。铁基合金在环境条件下具有体心立方晶体结构，并且在具有岩盐型氧化镁的器件中表现出巨大的隧道磁阻效应。
有两项使用这些铁基合金的显著研究，它们产生了显示高磁阻比的磁阻器件。第一次是在2004年由日本国立先进工业科学技术研究所和IBM合作；第二次发生在2008年，当时东北大学的研究人员报告称，室温下的磁阻比超过600%，当温度接近零开氏温度时，磁阻比跃升至1000%。
自这些突破以来，各研究所和公司在珩磨设备的物理、材料和工艺方面投入了大量精力。然而，除了铁基合金之外，只有一些赫斯勒型有序磁性合金显示出如此巨大的磁阻。
日本东北大学的Tomohiro Ichinose博士和Shigemi Mizukami教授最近开始探索热力学亚稳态材料，以开发一种能够表现出类似磁阻比的新材料。为了做到这一点，他们专注于钴锰合金的强磁性，这种合金具有体心立方亚稳晶体结构。
Mizukami说：“钴锰合金具有面心立方或六方晶体结构，作为热力学稳定相。由于这种稳定相表现出弱磁性，因此从未将其作为隧道磁阻器件的实用材料进行研究。”
早在2020年，该小组就报道了一种使用具有亚稳态体心立方晶体结构的钴锰合金的设备。
他们利用数据科学和/或高通量实验方法，在这一发现的基础上，通过在亚稳体心立方钴锰合金中添加少量铁，成功地在器件中获得了巨大的磁阻。磁阻比在室温下为350%，在低温下也超过1000%。此外，器件制造采用了溅射法和加热工艺，这与当前的行业相兼容。
Mizukami补充道，我们已经生产了第三种用于隧道磁阻器件的新型磁性合金，显示出巨大的磁阻，它为未来的改进设定了另一个方向。
这项研究于2023年5月29日发表在《合金与化合物杂志》上
DOI：10.1016/j.jallcom.2023.170750