[2] Phys. Rev. Lett. 101, 067405 (2008)

2 A. Reina et al. Large Area, Few-Layer Graphene Films on Arbitrary Substrates by Chemical Vapor Deposition. Nano Lett., 2009. 9 (1), 30-35.

Abstract: Ferroelectrics possess a polarization that is spontaneous, stable and electrically switchable , and submicron-thick ferroelectric films are currently used as non-volatile memory elements with destructive capacitive readout . Ultrathin ferroelectric films would enable non-destructive resistive readout by tunneling , but room-temperature polarization switching at very low thicknesses is challenging , . At room temperature, we use piezoresponse force microscopy to show robust ferroelectricity down to 1 nm in highly strained BaTiO3 films, and conductive atomic force microscopy to demonstrate the resistive readout of the polarization state via its influence on the tunnel current. The resulting electroresistance effect scales exponentially with the ferroelectric film thickness, reaching ~75000 % at 3 nm and demonstrating the influence of the polarization direction on the tunnel transmission coefficient. Our approach exploits the otherwise undesirable leakage current to read the polarization state without destroying it. The giant electroresistance persists for lateral sizes smaller than 70 nm, thereby paving the way towards ferroelectric memories with simplified architectures, higher densities and faster operation. The polarization direction is not only expected to influence the tunnel transmission coefficient but also the interfacial density of states, and thus the interfacial spin-polarization when the metals adjacent to the ferroelectric barrier are ferromagnetic. This provides the unique opportunity to design artificial multiferroic tunnel structures in which the spin-polarization may be controlled electrically and in a non-volatile fashion. We have explored this effect and probed the spin-polarization of electrons tunneling from a Fe layer through a ferroelectric barrier to a half-metallic manganite detector. We find a reproducible ~50% variation of the spin-polarization of the Fe interface depending on the polarization direction of the ferroelectric. This provides a novel brick for the purely electrical operation of next-generation spintronics devices such as spin field effect transistors.

Resumen: En los últimos años ha aumentado notablemente el interés por los nitruros metálicos de transición (NMT) debido al gran potencial que presentan para la fabricación de ciertos dispositivos en aplicaciones eléctricas, ópticas y magnéticas. Sin embargo, una de las propiedades más notoria e interesante de este tipo de materiales, sea tal vez, la extrema dependencia de sus propiedades físicas en función de la composición química, en particular, con el contenido real de nitrógeno. Tradicionalmente, la mayor parte de las investigaciones han estado orientadas al estudio de nitruros termodinámicamente estables: GaN, InN. Actualmente, se esta prestando más atención a los nitruros metaestables, como el Cu-N o el Fe-N que a una determinada temperatura, relativamente baja, se descomponen en N2 y Cu o Fe, respectivamente. A pesar del entusiasmo inicial motivado por el gran potencial del Cu3N para ser usado en distintos tipos de aplicaciones (medios de almacenamiento óptico, barrera aislante en uniones túneles magnéticas..), la implementación industrial de dispositivos basados en Cu3N aun no se ha hecho realidad. Esto se debe fundamentalmente a la dispersión de datos sobre sus propiedades físicas reportados en la literatura. Por ejemplo, encontramos que el gap óptico varía de 1.2 a 1.9 eV. (38% de variación) y la resistencia eléctrica medida oscila desde 2.6x10-5 a 1000 W·cm, es decir, de un comportamiento cuasi-metálico al de un semiconductor. Esta dispersión de datos está relacionada con la ausencia de caracterización del contenido real de nitrógeno en las muestras y con la falta de rigurosidad en el análisis de datos. En este trabajo se presenta un estudio sistemático y minucioso realizado en películas delgadas de nitruro de cobre depositadas mediante pulverización catódica (DC-sputtering). En primer lugar se estudia la dependencia de la composición química elemental (NRA, RBS, no-RBS) con los parámetros de crecimiento: presión parcial de nitrógeno (PN2) y voltaje de cátodo (DC-bias). También se presenta la influencia de la composición química en sus propiedades estructurales (XRD), ópticas (elipsometría, IR-TF) y semiconductoras. Posteriormente se estudiará su estabilidad térmica a temperaturas inferiores a la de su descomposición, observándose que a temperaturas tan bajas como 100ºC se produce una segregación de fases relacionada con la migración del nitrógeno. Estos datos nos permiten proponer un modelo para la formación de la estructura del Cu-N.