Redian新闻
>
Npj Comput. Mater.: 高通量计算—助力Heusler功能材料设计

Npj Comput. Mater.: 高通量计算—助力Heusler功能材料设计

公众号新闻

海归学者发起的公益学术平台

分享信息,整合资源

交流学术,偶尔风月

伴随着人工智能与大数据技术的快速发展,数据量的急剧增加和对数据处理速度的更高要求,使得发展高效节能的数据存储技术与器件变得尤为重要。传统存储技术在满足这些需求方面面临挑战,因此,发展下一代高效节能的磁存储技术作为一种潜在的解决方案备受瞩目。新型磁存储技术应具有较高的数据密度、长期数据保存性和较低的功耗等特点,而其中的垂直磁隧道结(MTJ)作为重要的存储元件,在自旋电子学领域扮演着关键角色。此外,发展高效节能的数据存储技术对于实现in-memory computing(内存计算)以及neuromorphic computing(神经形态计算)等领域的突破同样具有重要意义。



Fig 1. Schematic workflow of high-throughput screening of bulk quaternary Heusler compounds for promising energy-efficient p-MTJs.

实现高效节能的磁存储技术与器件需要开发新型材料。Heusler化合物是一种金属间化合物集合,具有广泛的元素调节范围和可调控的材料性质,特别是其优异的磁学性质和可能的拓扑电子性质,使其再次成为近期创新材料设计的研究热点。特别事在发展下一代高效节能的磁存储器件技术中,具有垂直磁各向异性的Heusler/MgO磁隧道结(p-MTJs)因其在高效节能器件领域的潜在应用,引起了人们广泛的研究和关注。然而,由于赫斯勒合金的元素组合范围非常广阔,特别是新兴的四元Heusler化合物,以及界面结构的复杂性,寻找具有所需性质的合适Heusler/MgO异质结构具有挑战性。特别是单独通过实验的方法,想要找到具有所需界面性质的Heusler 化合物/MgO组合是十分困难的。

Fig. 2 Illustration of quaternary-Heusler/MgO heterostructure models.

利福尼亚大学圣地亚哥分校纳米工程系杨可松(Kesong YANG)教授课题组,利用开源量子材料数据库、有效的材料筛选条件和高通量计算技术,从27000个四元结构的Heusler化合物中,为自旋电子应用筛选出了5个有前景的化合物。整个筛选过程如图1所示。在他们的体材料筛选过程中,他们不仅考虑了详细的磁结构,包括铁磁、反铁磁和亚铁磁结构,还考虑了四元Heusler化合物的两种竞争性四元相(空间群215和129)。同时,他们还考虑了四元相的无序性,因为通常在四元化合物中可能存在L21、B2或D03型的无序结构,这会影响材料的稳定性。在他们的异质结构筛选过程中,他们计算了磁各向异性常数(Ki)、隧道磁阻(TMR)和居里温度 (TC)。最后,他们获得了5个满足Ki > 1 mJ/m2,TMR > 80%和TC > 300 K条件的候选化合物。这些候选化合物显示出优异的性质,可作为未来自旋电子应用的潜在材料。

Fig. 3 Calculated layer-resolved Ki for selected quaternary-Heusler/MgO models.

该文近期发表于npj Computational Materials 9:123 (2023)英文标题与摘要如下,点击左下角“阅读原文”可以自由获取论文PDF。


High-throughput design of perpendicular magnetic anisotropy at quaternary Heusler and MgO interfaces


Sicong Jiang, Kesong Yang


Heusler alloys combined with MgO interfaces exhibit interfacial perpendicular magnetic anisotropy, making them attractive for energy-efficient spintronic technologies. However, finding suitable Heusler/MgO heterostructures with desired properties is challenging due to the vast range of compositions available and the complexity of interfacial structures, particularly for the emerging quaternary Heusler compounds. In this study, we report a high-throughput screening of quaternary-Heusler/MgO heterostructures for spintronic applications. By analyzing various materials descriptors, including formation energy, convex hull distance, magnetic ordering, lattice misfit, magnetic anisotropy constant, tunnel magnetoresistance, Curie temperature, and atomic site disordering, we identified 5 promising compounds out of 27,000 quaternary Heusler compounds. These compounds, namely IrCrAlTi, IrCrGaTi, IrMnZnTi, OsCrAlTa, and TaGaOsCr, show potential for designing energy-efficient perpendicular magnetic tunnel junctions. This work demonstrates an efficient approach using open quantum materials repositories, effective materials descriptors, and high-throughput computational techniques to accelerate the discovery of quaternary-Heusler-based functional materials. 



扩展阅读

 
Npj Comput. Mater.: 通用材料多目标性能协同优化主动学习方法
Npj Comput. Mater.: 杂化有机-无机钙钛矿,还能开挂多久?
Npj Comput. Mater.: 阴离子基团旋转—对锂离子扩散的弱负效应
Npj Comput. Mater.: 新合金设计—样本数据迁移机器学习方
本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容
媒体转载联系授权请看下方

微信扫码关注该文公众号作者

戳这里提交新闻线索和高质量文章给我们。
相关阅读
Npj Comput. Mater.: 新合金设计—样本数据迁移机器学习方Npj Comput. Mater.: 杂化有机-无机钙钛矿,还能开挂多久?科学家建立中国体量最大的无机材料数据库,用高通量计算和数据加速新材料发现Npj Comput. Mater.: 阴离子基团旋转—对锂离子扩散的弱负效应Npj Comput. Mater.: 寻找拓扑超导新材料:一条新途径?Npj Comput. Mater.: 多相态氧化镓—机器学习势函数的试金石Npj Comput. Mater.: 相场模拟—从微观到宏观地理解和设计合金Npj Comput. Mater.: 双势垒结构—增强铁电隧道结的隧穿电致电阻Npj Comput. Mater.: 机器学习预测晶格热导率:快!准!Npj Comput. Mater.: 离子介电极化率数据缺失?机器学习填补其遗憾瑕疵!10倍性能提升-SLS Prometheus 时序存储技术演进升级混合现实体验!Meta Quest 3 MR功能的方方面面Npj Comput. Mater.: 微观层面结构:如何与聚合物导热因素搭上关系?Npj Comput. Mater.: 形变势的高通量计算浦创智能,技术创新助力HUD人机交互体验升级|年会展商为什么曾经的面料设计,现在都改称纺织品设计了?Npj Comput. Mater.: “中心-环境”深度迁移学习—快速预测钙钛矿氧化物每天10句英语口语|Is this computer yours?Weibo Rolls Out Community Notes to Combat MisinformationOLED为显示材料设备带来发展新机遇Npj Comput. Mater.: 晶格点缺陷很小,但其可能搅动世界5130 血壮山河之武汉会战 信罗战役 3刀郎的《罗刹海市》和蒲松龄的《罗刹海市》Npj Comput. Mater.: 大规模电子结构计算—可迁移的机器学习加速方法Npj Comput. Mater.: 生成式对抗神经网络:逆向设计金属玻璃Npj Comput. Mater.: 知识的力量—数据与知识的正面较量Npj Comput. Mater.: 材料信息学门槛高,AlphaMat带你找门道!Cell Press有奖注册!清华、厦大教授在线分享:AI赋能材料设计与研发比流计算资源效率最高提升 1000 倍,“增量计算”新模式能否颠覆数据分析?NeurIPS 2023 | SlotDiffusion: 基于Slot-Attention和扩散模型的全新生成模型吹尽黄沙不见金(七十一):街上的女人Npj Comput. Mater.: 人工智能助力有机太阳能电池的高效筛选与设计日本日记6: 东京打卡一日游我的散文创作小结Npj Comput. Mater.: 通用材料多目标性能协同优化主动学习方法
logo
联系我们隐私协议©2024 redian.news
Redian新闻
Redian.news刊载任何文章,不代表同意其说法或描述,仅为提供更多信息,也不构成任何建议。文章信息的合法性及真实性由其作者负责,与Redian.news及其运营公司无关。欢迎投稿,如发现稿件侵权,或作者不愿在本网发表文章,请版权拥有者通知本网处理。