擁有巨磁阻(MR)的磁性隧道結（MTJs）的研究對于磁隨機存儲器（MRAM）的發展非常重要。人們研究了不定形Al2O3勢壘的MTJ，但這些器件只表現出了有限的MR，而且由于氧化物的非晶結構無法進行模擬研究。以MgO作為勢壘的完全晶體型MTJ目前成為研究和可能應用的良好候選。研究者們使用第一原理和緊束縛方法研究了“Fe-MgO-Fe”器件的輸運性質，預言了超過1000%的隧穿磁阻（TMRs）。

      然而，最上面的原子層看起來似乎在MgO生長時發生了氧化，并且在這種器件底部Fe-MgO的界面很可能存在著一層FeO層。這種FeO層對器件的電子性質影響很大，人們預計“Fe-FeO-MgO-Fe”器件的TMR比“Fe-MgO-Fe”的小很多。

      為了避免Fe表面的氧化，可以假設在生長MgO之前在Fe襯底的表面生長一薄層金。在MgO-Fe界面的頂端包含一層金原子來保持體系對稱性，這種“Fe-Au-MgO-Au-Fe”器件預計將具有高于1000%的TMR，因此是構建未來MRAM器件的一個相當有趣的系統。

（1）Fe-MgO-Fe和Fe-FeO-MgO-Fe的幾何結構。Fe原子用天藍色表示，Mg原子用紫色表示，O原子用紅色表示。

（2）多自旋（a）和少自旋（b）電子的透射系數譜

       位于費米能級處的多自旋和少自旋的透射系數譜在“Fe-MgO-Fe”，“Fe-FeO-MgO-Fe”和“Fe-Au-MgO-Au-Fe”三個系統中相似。多自旋電子透射通過波矢在(kx,ky)=(0,0)附近的布洛赫態發生，因此多自旋電子的輸運是通過簡單的勢壘隧穿發生的。少自旋電子的透射譜線在二維布里淵區內幾乎表現出零透射，除了在一些特定的波矢值處存在很尖銳的峰。三種系統的特定值不同，但總體的“尖峰透射”是類似的。少自旋輸運是通過復雜的共振隧穿發生的。

       對“Fe-MgO-Fe”，“Fe-FeO-MgO-Fe”和“Fe-Au-MgO-Au-Fe”三個系統中多自旋電導（G_majority）和少自旋電導（G_minority）的比較見下表。結果顯示，“Fe-MgO-Fe”系統中多自旋電導遠大于少自旋電導，而對于后兩種系統，多自旋電導只略大于少自旋電導。

                                          表：電導的單位是μS, ΔG=(G_majority-G_minority )/ G_minority

 Ref:

J. Mathon, A.Umerski, Phys. Rev. B 71,220402(2007)

M. Stilling, et al, J. Computer-Aided Mater. Des 14,141(2007)

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