随着当前对更快、更小和非易失性电子产品的需求不断增加，传统的硅基半导体器件正被推向更小的尺寸。近年来，2D范德华（vdW）多铁隧道结（MFTJ）器件因其重要的多功能技术应用脱颖而出，它结合了磁性隧道结（MTJ）的隧道磁阻（TMR）效应和铁电隧道结（FTJ）的隧穿电阻（TER）效应。科学杂志2021年第372期的两篇文章（分别为“Science 2021, 372, 1458”和“Science 2021, 372, 1462”）报道了双层六方氮化硼（BBN）中的铁电极化及其新型滑移反转机制的实验结果，这为范德华多铁隧道结的进一步发展开辟了新的发展策略。截至当前，利用范德华滑移铁电材料与二维磁性材料构建多铁隧道结目前还没有报到，这值得实验和理论进一步的探究。
许小红教授课题组董新龙副教授和青年教师严志，采用基于非平衡格林函数和密度泛函理论的计算方法，研究了FGT/Gr-BBN-Gr/CrI多铁性隧道结的自旋极化的电子输运特性。该隧道结表现出四种非易失性阻态，与滑移铁电BBN的不同堆叠方式和铁磁自由层CrI3的磁化方向有关。该MFTJ在某一特定偏压下，TMR（TER）可以高达3.36×104%（6.68×103%）。此外，该隧道结还表现出几乎完美的自旋过滤和显著的负微分电阻效应。进一步，通过施加面内双轴应力，可以提高平衡态下的TMR、TER和自旋极化率。本文的研究结果表明基于滑移铁电BBN的多铁性隧道结在非易失性存储器中的应用有着巨大的潜力，其拥有巨大的隧穿电阻比、多重电阻态和优异的自旋极化输运特性。
相关成果以《Voltage-tunable giant nonvolatile multiple-state resistance in sliding-interlayer ferroelectric h-BN van der Waals multiferroic tunnel junction》为题，发表在Phys. Rev. B 108, 085427 (2023) 期刊上。
图1 （a-c）FGT/h-BN/CrI-Gr中各种界面的总能量与不同堆叠方式的关系函数；（d）FGT/Gr-BBN-Gr/CrI多铁性隧道结器件的示意图。
图2 FGT/ Gr-BBN-Gr /CrI多铁隧道结在不同堆叠方式下的电流（a）、（b）、（e）和（f）、自旋注入效率（c）和（g）以及TMR值（d）和TER值（h）随偏压的演化。
