Epitaxial Fe/magnesium gallium spinel oxide (MgGa2O4)/Fe(001) magnetic tunnel junctions (MTJs) were fabricated by magnetron sputtering. A tunnel magnetoresistance (TMR) ratio up to 121% at room temperature (196% at 4 K) was observed, suggesting a TMR enhancement by the coherent tunneling effect in the MgGa2O4 barrier. The MgGa2O4 layer had a spinel structure and it showed good lattice matching with the Fe layers owing to slight tetragonal lattice distortion of MgGa2O4. Barrier thickness dependence of the tunneling resistance and current-voltage characteristics revealed that the height of the MgGa2O4 barrier is much lower than that of an MgAl2O4 barrier. This study demonstrates the potential of Ga-based spinel oxides for MTJ barriers having a large TMR ratio at a low resistance area product.

1.
H. J. M.
Swagten
, in
Handbook of Magnetic Materials
, edited by
K. H. J.
Buschow
(
Elsevier Science
,
2007
), Vol.
17
, p. 1.
2.
W. H.
Butler
,
X.-G.
Zhang
,
T. C.
Schulthess
, and
J. M.
MacLaren
,
Phys. Rev. B
63
,
054416
(
2001
).
3.
J.
Mathon
and
A.
Umersky
,
Phys. Rev. B
63
,
220403(R)
(
2001
).
4.
S. S. P.
Parkin
,
C.
Kaiser
,
A.
Panchula
,
P. M.
Rice
,
B.
Hughes
,
M.
Samant
, and
S.-H.
Yang
,
Nat. Mater.
3
,
862
(
2004
).
5.
S.
Yuasa
,
T.
Nagahama
,
A.
Fukushima
,
Y.
Suzuki
, and
K.
Ando
,
Nat. Mater.
3
,
868
(
2004
).
6.
Y.
Uehara
,
A.
Furuya
,
K.
Sunaga
,
T.
Miyajima
, and
H.
Kanai
,
J. Magn. Soc. Jpn.
34
,
311
(
2010
).
7.
D. L.
Li
,
Q. L.
Ma
,
S. G.
Wang
,
R. C. C.
Ward
,
T.
Hesjedal
,
X.-G.
Zhang
,
A.
Kohn
,
E.
Amsellem
,
G.
Yang
,
J. L.
Liu
,
J.
Jiang
,
H. X.
Wei
, and
X. F.
Han
,
Sci. Rep.
4
,
7277
(
2014
).
8.
Ikhtiar
,
S.
Kasai
,
P.-H.
Cheng
,
T.
Ohkubo
,
Y. K.
Takahashi
,
T.
Furubayashi
, and
K.
Hono
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
242416
(
2016
).
9.
H.
Sukegawa
,
H.
Xiu
,
T.
Ohkubo
,
T.
Furubayashi
,
T.
Niizeki
,
W.
Wang
,
S.
Kasai
,
S.
Mitani
,
K.
Inomata
, and
K.
Hono
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
212505
(
2010
).
10.
Y.
Miura
,
S.
Muramoto
,
K.
Abe
, and
M.
Shirai
,
Phys. Rev. B
86
,
24426
(
2012
).
11.
H.
Sukegawa
,
Y.
Miura
,
S.
Muramoto
,
S.
Mitani
,
T.
Niizeki
,
T.
Ohkubo
,
K.
Abe
,
M.
Shirai
,
K.
Inomata
, and
K.
Hono
,
Phys. Rev. B
86
,
184401
(
2012
).
12.
T.
Scheike
,
H.
Sukegawa
,
K.
Inomata
,
T.
Ohkubo
,
K.
Hono
, and
S.
Mitani
,
Appl. Phys. Express
9
,
53004
(
2016
).
13.
N.
Matsuo
,
N.
Doko
,
T.
Takada
,
H.
Saito
, and
S.
Yuasa
,
Phys. Rev. Appl.
6
,
034011
(
2016
).
14.
T.
Scheike
,
H.
Sukegawa
, and
S.
Mitani
,
Jpn. J. Appl. Phys.
55
,
110310
(
2016
).
15.
Y.-N.
Xu
and
W. Y.
Ching
,
Phys. Rev. B
43
,
4461
(
1991
).
16.
H.
Sukegawa
,
S.
Mitani
,
T.
Ohkubo
,
K.
Inomata
, and
K.
Hono
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
142409
(
2013
).
17.
J.
Zhang
,
X.-G.
Zhang
, and
X. F.
Han
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
222401
(
2012
).
18.
Z.
Galazka
,
D.
Klimm
,
K.
Irmscher
,
R.
Uecker
,
M.
Pietsch
,
R.
Bertram
,
M.
Naumann
,
M.
Albrecht
,
A.
Kwasniewski
,
R.
Schewski
, and
M.
Bickermann
,
Phys. Status Solidi A
212
,
1455
(
2015
).
19.
R. J.
Hill
,
J. R.
Craig
, and
G. V.
Gibbs
,
Phys. Chem. Miner.
4
,
317
(
1979
).
20.
M.
Belmoubarik
,
H.
Sukegawa
,
T.
Ohkubo
,
S.
Mitani
, and
K.
Hono
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
132404
(
2016
).
21.
A.
Seko
,
K.
Yuge
,
F.
Oba
,
A.
Kuwabara
, and
I.
Tanaka
,
Phys. Rev. B
73
,
184117
(
2006
).
22.
D.
Simeone
,
C.
Dodane-Thiriet
,
D.
Gosset
,
P.
Daniel
, and
M.
Beauvy
,
J. Nucl. Mater.
300
,
151
(
2002
).
23.
G.
Baldinozzi
,
D.
Simeone
,
D.
Gosset
,
S.
Surblé
,
L.
Mazérolles
, and
L.
Thomé
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B
266
,
2848
(
2008
).
24.
25.
R. J.
Soulen
, Jr.
,
J. M.
Byers
,
M. S.
Osofsky
,
B.
Nadgorny
,
T.
Ambrose
,
S. F.
Cheng
,
P. R.
Broussard
,
C. T.
Tanaka
,
J.
Nowak
,
J. S.
Moodera
,
A.
Barry
, and
J. M. D.
Coey
,
Science
282
,
85
(
1998
).
26.
V.
Drewello
,
J.
Schmalhorst
,
A.
Thomas
, and
G.
Reiss
,
Phys. Rev. B
77
,
014440
(
2008
).
27.
F.
Bonell
,
S.
Andrieu
,
C.
Tiusan
,
F.
Montaigne
,
E.
Snoeck
,
B.
Belhadji
,
L.
Calmels
,
F.
Bertran
,
P.
Le Fèvre
, and
A.
Taleb-Ibrahimi
,
Phys. Rev. B
82
,
092405
(
2010
).
28.
J. G.
Simmons
,
J. Appl. Phys.
34
,
1793
(
1963
).
You do not currently have access to this content.