日本国家材料科学研究院(NIMS)研究团队成功开发出一种采用高熵氧化物制备的磁隧道结(MTJ)，该器件同时展现出增强的垂直磁各向异性、更高的隧道磁阻(TMR)比以及更低的电阻特性。这项研究成果已发表于《今日材料》期刊。

磁隧道结由两层铁磁层中间夹覆极薄的绝缘隧道势垒层构成，其工作原理基于电子量子隧穿效应。目前广泛使用的氧化镁(MgO)隧道势垒虽能实现较高TMR比，但由于势垒高度较大导致器件电阻偏高。NIMS团队创新性地采用锂、钛、镁、铝、镧五种金属元素原子级均匀混合形成的高熵氧化物LiTiMgAlGaO作为隧道势垒材料，有效解决了这一技术难题。

实验结果表明，采用新型高熵氧化物势垒的MTJ器件垂直磁各向异性显著增强，TMR比超过80%，同时势垒高度降至MgO材料的一半以下。这种材料特性不仅大幅增加了隧穿电流，同时降低了器件整体电阻。该技术突破为开发更小尺寸、更高容量、更强性能的硬盘驱动器(HDD)和磁阻随机存取存储器(MRAM)提供了新的材料解决方案。

研究团队表示，下一步将通过优化多元素组合与配比，进一步开发具有更低电阻和更高TMR比的隧道势垒材料。同时将引入机器学习等数据驱动技术，加速新型材料的开发进程，推动高容量高性能存储器件的发展。

更多信息： Rombang Rizky Sihombing 等人，《高熵氧化物外延膜及其界面垂直磁各向异性和隧道磁阻效应在自旋电子学中的应用》，《今日材料》(2025 年)。期刊信息： 《今日材料》