基于 SGS 和 HMM 材料的VSe2/hBN/MnSe2 可重构磁隧道结在偏置电压下的性能分析
磁性隧道结（MTJs）是自旋电子器件的关键部件，其性能受到电极和势垒材料选择的强烈影响。本文利用第一性原理和量子输运模拟研究了基于 VSe2/hBN/MnSe2 异质结的可重构 MTJ。VSe2 作为自旋无带隙半导体，MnSe2 作为半金属铁磁材料，hBN 作为二维隧道势垒。该器件在 -0.5 至 0.5 V 范围内具有类似二极管的反隧道磁阻（TMR）效应。在 -0.5 V时 TMR 最大值为 2060.01%，而在 +0.5 V 时 TMR 最大值为 -79.11%。零偏置空位分析表明，Mn 位缺陷将 TMR 抑制至 -100.00%，而 V 空位缺陷对 TMR 的影响较小为 -37.81%。将自旋无带隙半导体和半金属铁磁电极与范德华势垒相结合，增强了自旋滤波、可调性和多功能输运，使该设计有望用于节能自旋电子存储器和逻辑应用。（Physica B-condensed Matter, 2025, 717: 417806. DOI:10.1016/j.physb.2025.417806）
磁性隧道结中由共振隧穿驱动的自旋扭矩增强：基于 DFT-NEGF 的模拟研究
通过在磁性隧道结（MTJ）中利用量子阱（qw-MTJ）的共振隧穿效应并采用非磁性金属间隔层（钨），探索磁性隧道结效率的潜在提升。利用非平衡格林函数形式结合密度泛函理论，计算并分析具有不同间隔层宽度的三种不同结构的导电性，并将其与不含量子阱的对照结构（0-W）进行比较。通过采用这种新颖的结构实现隧道磁阻的显著增强，从 0-W MTJ 的 1420% 提升至三钨层（3-W）qw-MTJ 的 9900%，同时电阻面积乘积降低了 60%，表明电流密度有了显著提升。此外，对自旋转移矩（STT）的计算表明，其数值相较于对照器件有了显著增加，随着钨层宽度的增加，STT 值也相应上升，从传统 MTJ 的 6μeV/V 增加到 3-W qw-MTJ 的 470μeV/V。此外，用于切换的临界电压从 0 层 t-MTJ 的 137 mV 显著降低至 3 层量子阱 MTJ 的 2.02 mV（降低了 70%），而临界电流则基本保持不变。这也导致临界切换功率大幅降低，从 38.36 pW 降至 0.66 pW（降低了 60%）。（Journal of Applied Physics, 2025, 138(12). DOI: 10.1063/5.0285986）
具有 MoTe2 势垒的高 TMR 无铁双势垒 MTJs 用于无标记磁生物传感器
双势垒磁隧道结（DB-MTJs）由于其提高的灵敏度和无标签、无创检测的能力，为生物传感应用提供了一个很有前途的平台。这项工作模拟了一个高性能的无铁 DB-MTJ 结构：Co2MnSi-MgO-MoTe2-MgO-Co2MnSi。利用密度泛函理论（DFT）和非平衡格林函数（NEGF）技术，计算 Co2MnSi-MgO-MoTe2-MgO-Co2MnSi 体系的隧穿磁阻比（TMR）、透射光谱、态密度（DOS）和带隙。DB-MTJ 采用无铁 Co2MnSi Heusler 合金电极和 MoTe2 过渡金属二硫化物（TMDC）间隔器，实现了 1226% 的隧道磁电阻比（TMR），以及其他配置的 TMR 比从 22% 到 667% 不等。由 MoTe2 的可调谐电子特性和 Co2MnSi 的半金属性质驱动的高 TMR 使其对界面修饰具有卓越的灵敏度，使其成为检测生物标志物的理想选择。无铁材料的应用提高了电极的稳定性和自旋极化，提高了 DB-MTJs 对界面变化的灵敏度。该研究指出了基于 heusler 和无铁的 DB-MTJ 作为灵敏和无标签生物传感器的高潜力应用。（RSC Advances, 2025, 49: 41330-41339. DOI:10.1039/d5ra04973c）
过渡金属盖顶纳米线中自旋选择性输运特性和量子逻辑门运算的第一性原理研究
在纳米水平上实现自旋操作的量子逻辑电路一直是设计现代计算架构的主要挑战之一，该架构通过在电子的自旋状态中编码量子信息。通过各种物理化学机制操纵这些自旋方向的能力，为实现节能、非挥发性和高速替代传统电子器件提供了一条有希望的途径。这项工作报告了一种可重构的自旋分子逻辑器件（SMLD），该器件基于过渡金属端接的碳纳米线，桥接在两个锯齿状边缘的石墨烯电极之间，利用 DFT 结合非平衡格林函数形式研究不同偏置下的自旋极化量子输运。所开发的纳米模型器件具有强大的自旋极化和电压依赖开关行为，能够在单一架构内实现多个量子逻辑门操作，包括 NAND、OR、NOR、YES 和 NOT。I-V 特性、传输光谱和传输路径揭示了逻辑功能的物理起源。此外，自旋分辨熵分析表明，不可逆量子逻辑门（NAND、NOR 和 OR）的逻辑相关信息损失为 ∆S = -0.09 量子位，而可逆门（NOT 和 YES）的零熵转换则相反。这些发现为低功耗、基于自旋的分子逻辑应用（如用于量子计算的量子纳米芯片）提供了一个预期的通用自旋电子学平台。（Physical Chemistry Chemical Physics, 2026, 6: 3992-4006. DOI:10.1039/d5cp03692e）
LEAD：文献强化从头算发现氮化物隔层增强隧道磁阻和低电阻磁隧道结
采用氧化镁（MgO）作为隧道势垒的磁性隧道结（MTJ）面临着电阻面积乘积（RA）过高和隧道磁电阻（TMR）过低的挑战。为了寻找替代材料，开发了一种将语言模型与第一性原理筛选相结合的框架，即文献增强的从头算发现（LEAD）。该框架使用特定领域的 Word2Vec 模型从材料科学文献中提取相关性，从而识别出诸如基于氮化物的混合势垒等有前景的候选材料。此外，还基于相同的语料库训练了一个基于双向编码器表示的 Transformer 掩码语言模型，捕捉更深层次的上下文关系，从而确定氮化钽（TaN）、氮化钒（VN）和氮化钛（TiN）作为候选势垒材料。随后，使用 QuantumATK 中的密度泛函理论（DFT）模拟对这些预测进行评估，将预测材料的 TMR 和 RA 与 MgO 和氮化钪（ScN）进行基准测试。结果表明，在 MgO 两侧分别采用单层或双层氮化钪（ScN）或氮化钛（TiN）的单层覆盖的磁性隧道结（MTJ）具有与纯氧化镁结相似或更低的电阻面积乘积（RA），同时实现了更高的隧穿磁电阻（TMR）。LEAD 提供了一种可扩展的方法来发现隧道势垒，并突出了氮化物覆盖层在下一代 MTJ 性能方面的潜力。（Advanced Materials, 2025, 126 1. DOI:10.1002/adma.202518241）