We report on the fabrication and characterization of vertical spin-valve structures using a thick epitaxial MgO barrier as spacer layer and a graphene-passivated Ni film as bottom ferromagnetic electrode. The devices show robust and scalable tunnel magnetoresistance, with several changes of sign upon varying the applied bias voltage. These findings are explained by a model of phonon-assisted transport mechanisms that relies on the peculiarity of the band structure and spin density of states at the hybrid graphene|Ni interface.

1.
N.
Tombros
,
C.
Jozsa
,
M.
Popinciuc
,
H. T.
Jonkman
, and
B. J.
van Wees
,
Nature
448
(
7153
),
571
574
(
2007
).
2.
B.
Dlubak
,
M.-B.
Martin
,
C.
Deranlot
,
B.
Servet
,
S.
Xavier
,
R.
Mattana
,
M.
Sprinkle
,
C.
Berger
,
W. A. De
Heer
,
F.
Petroff
,
A.
Anane
,
P.
Seneor
, and
A.
Fert
,
Nat. Phys.
8
,
557
561
(
2012
).
3.
W.
Han
,
K. M.
McCreary
,
K.
Pi
,
W. H.
Wang
,
Y.
Li
,
H.
Wen
,
J. R.
Chen
, and
R. K.
Kawakami
,
J. Magn. Magn. Mater.
324
(
4
),
369
381
(
2012
).
4.
G.
Schmidt
,
D.
Ferrand
,
L. W.
Molenkamp
,
A. T.
Filip
, and
B. J.
van Wees
,
Phys. Rev. B
62
,
R4790
(
2000
).
5.
F.
Volmer
,
M.
Drögeler
,
E.
Maynicke
,
N. von den
Driesch
,
M. L.
Boschen
,
G.
Güntherodt
, and
B.
Beschoten
,
Phys. Rev. B
88
,
161405(R)
(
2013
).
6.
V. M.
Karpan
,
G.
Giovannetti
,
P. A.
Khomyakov
,
M.
Talanana
,
A. A.
Starikov
,
M.
Zwierzycki
,
J. van den
Brink
,
G.
Brocks
, and
P. J.
Kelly
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
176602
(
2007
).
7.
V. M.
Karpan
,
P. A.
Khomyakov
,
A. A.
Starikov
,
G.
Giovannetti
,
M.
Zwierzycki
,
M.
Talanana
,
G.
Brocks
,
J. van den
Brink
, and
P. J.
Kelly
,
Phys. Rev. B
78
,
195419
(
2008
).
8.
E.
Cobas
,
A. L.
Friedman
,
O. M. J. Van't
Erve
,
J. T.
Robinson
, and
B. T.
Jonker
,
Nano Lett.
12
,
3000
3006
(
2012
).
9.
J.-J.
Chen
,
J.
Meng
,
Y.-B.
Zhou
,
H.-C.
Wu
,
Y.-Q.
Bie
,
Z.-M.
Liao
, and
D.-P.
Yu
,
Nat. Commun.
4
,
1921
(
2013
).
10.
J.-H.
Park
and
H.-J.
Lee
,
Phys. Rev. B
89
,
165417
(
2014
).
11.
B.
Dlubak
,
M.-B.
Martin
,
R. S.
Weatherup
,
H.
Yang
,
C.
Deranlot
,
R.
Blume
,
R.
Schloegl
,
A.
Fert
,
A.
Anane
,
S.
Hofmann
,
P.
Seneor
, and
J.
Robertson
,
ACS Nano
6
,
10930
(
2012
).
12.
J. M. De
Teresa
,
A.
Barthélémy
,
A.
Fert
,
J. P.
Contour
,
R.
Lyonnet
,
F.
Montaigne
,
P.
Seneor
, and
A.
Vaurés
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
4288
(
1999
).
13.
C.
Tiusan
,
J.
Faure-Vincent
,
C.
Bellouard
,
M.
Hehn
,
E.
Jouguelet
, and
A.
Schuhl
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
106602
(
2004
).
14.
J.
Moser
,
M.
Zenger
,
C.
Gerl
,
D.
Schuh
,
R.
Meier
,
P.
Chen
,
G.
Bayreuther
,
W.
Wegscheider
,
D.
Weiss
,
C.-H.
Lai
,
R.-T.
Huang
,
M.
Kosuth
, and
H.
Ebert
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
162106
(
2006
).
15.
J.
Maassen
,
W.
Ji
, and
H.
Guo
,
Nano Lett.
11
,
151
155
(
2011
).
16.
CVD graphene on Ni substrate, with 1–7 graphene layers thickness was provided by Graphene Supermarket.
17.
F.
Godel
,
E.
Pichonat
,
D.
Vignaud
,
H.
Majjad
,
D.
Metten
,
Y.
Henry
,
S.
Berciaud
,
J.-F.
Dayen
, and
D.
Halley
,
Nanotechnology
24
(
47
),
475708
(
2013
).
18.
W. H.
Wang
,
W.
Han
,
K.
Pi
,
K. M.
McCreary
,
F.
Miao
,
F.
Bao
,
C. N.
Lau
, and
R. K.
Kawakami
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
183107
(
2008
).
19.
J. L.
Vassent
,
A.
Marty
,
B.
Gilles
, and
C.
Chatillon
,
J. Cryst. Growth
219
,
434
(
2000
).
20.
D.
Halley
,
H.
Majjad
,
M.
Bowen
,
N.
Najjari
,
Y.
Henry
,
C.
Ulhaq-Bouillet
,
W.
Weber
,
G.
Bertoni
,
J.
Verbeeck
, and
G.
Van Tendeloo
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
212115
(
2008
).
21.
A.
Dankert
,
M. V.
Kamalakar
,
J.
Bergsten
, and
S. P.
Dash
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
192403
(
2014
).
22.
M. H. D.
Guimarães
,
P. J.
Zomer
,
J.
Ingla-Aynés
,
J. C.
Brant
,
N.
Tombros
, and
B. J.
van Wees
,
Phys. Rev. Lett.
113
(
8
),
086602
(
2014
).
23.
M. C.
Biesinger
,
L. W. M.
Lau
,
A. R.
Gerson
, and
R. S. C.
Smart
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
(
7
),
2434
2442
(
2012
).
24.
A. P.
Grosvenor
,
M. C.
Biesinger
,
R. S. C.
Smart
, and
N. S.
McIntyre
,
Surf. Sci.
600
(
9
),
1771
1779
(
2006
).
25.
M. C.
Biesinger
,
B. P.
Payne
,
L. W. M.
Lau
,
A.
Gerson
, and
R. S. C.
Smart
,
Surf. Interface Anal.
41
(
4
),
324
332
(
2009
).
26.
R. S.
Weatherup
,
B. C.
Bayer
,
R.
Blume
,
C.
Baehtz
,
P. R.
Kidambi
,
M.
Fouquet
,
C. T.
Wirth
,
R.
Schlögl
, and
S.
Hofmann
,
Chem. Phys. Chem.
13
,
2544
2549
(
2012
).
27.
Y.
Zhang
,
V. W.
Brar
,
F.
Wang
,
C.
Girit
,
Y.
Yayon
,
M.
Panlasigui
,
A.
Zettl
, and
M. F.
Crommie
,
Nat. Phys.
4
,
627
630
(
2008
).
28.
E. Y.
Tsymbal
,
A.
Sokolov
,
I. F.
Sabirianov
, and
B.
Doudin
,
Phys. Rev. Lett.
90
,
186602
(
2003
).
29.
S.
Sanvito
,
Nat. Phys.
6
,
562
564
(
2010
).
30.
F.
Bataltan
and
I.
Rosenman
,
Phys. Rev. B
11
,
545
(
1975
).
31.
M.
Getzlaff
,
J.
Bansmann
,
J.
Braun
, and
G.
Schönhense
,
J. Magn. Magn. Mater.
161
,
70
(
1996
).
32.
G.-X.
Miao
,
M.
Münzenberg
, and
J. S.
Moodera
,
Rep. Prog. Phys.
74
,
036501
(
2011
).
33.
A.
Allard
and
L.
Wirtz
,
Nano Lett.
10
,
4335
(
2010
).
34.
T.
Wehling
,
I.
Grigorenko
,
A.
Lichtenstein
, and
A.
Balatsky
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
216803
(
2008
).
35.
M.-B.
Martin
,
B.
Dlubak
,
R. S.
Weatherup
,
H.
Yang
,
C.
Deranlot
,
K.
Bouzehouane
,
F.
Petroff
,
A.
Anane
,
S.
Hofmann
,
J.
Robertson
,
A.
Fert
, and
P.
Seneor
,
ACS Nano
8
(
8
),
7890
7895
(
2014
).
36.
A.
Dahal
and
M.
Batzil
,
Nanoscale
6
,
2548
(
2014
).
37.
A. K.
Singh
and
J.
Eom
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
6
,
2493
(
2014
).
You do not currently have access to this content.