We use a previously proposed theory for the temperature dependence of tunneling magnetoresistance to shed light on ongoing efforts to optimize spin valves. First, we show that a mechanism in which spin valve performance at finite temperatures is limited by uncorrelated thermal fluctuations of magnetization orientations on opposite sides of a tunnel junction is in good agreement with recent studies of the temperature-dependent magnetoresistance of high quality tunnel junctions with MgO barriers. Using this insight, we propose a simple formula which captures the advantages for spin-valve optimization of using materials with a high spin polarization of Fermi-level tunneling electrons, and of using materials with high ferromagnetic transition temperatures. We conclude that half-metallic ferromagnets can yield better spin-value performance than current elemental transition metal ferromagnet/MgO systems only if their ferromagnetic transition temperatures exceed ∼950 K.

1.
M.
Julliere
,
Phys. Lett. A
54
,
225
(
1975
).
2.
J. S.
Moodera
,
L. R.
Kinder
,
T. M.
Wong
, and
R.
Meservey
,
Phys. Rev. Lett.
74
,
3273
(
1995
);
[PubMed]
T.
Miyazaki
and
N.
Tezuka
,
J. Magn. Magn. Mater.
139
,
L231
(
1995
);
S.
Yuasa
,
T.
Nagahama
,
A.
Fukushima
,
Y.
Suzuki
, and
K.
Ando
,
Nature Mater.
3
,
868
(
2004
);
Y. M.
Lee
,
J.
Hayakawa
,
S.
Ikeda
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
212507
(
2007
);
C.
Chappert
,
A.
Fert
, and
F. N.
Van Dau
,
Nature Mater.
6
,
813
(
2007
).
3.
S. S. P.
Parkin
,
C.
Kaiser
,
A.
Panchula
,
P. M.
Rice
,
B.
Hughes
,
M.
Samant
, and
S.-H.
Yang
,
Nature Mater.
3
,
862
(
2004
).
4.
A.
Moser
,
K.
Takano
,
D. T.
Margulies
,
M.
Albrecht
,
Y.
Sonobe
,
Y.
Ikeda
,
S.
Sun
, and
E. E.
Fullerton
,
J. Phys. D Appl. Phys.
35
,
R157
(
2002
);
S.
Mao
,
Y.
Chen
,
F.
Liu
,
X.
Chen
,
B.
Xu
,
P.
Lu
,
M.
Patwari
,
H.
Xi
,
C.
Chang
,
B.
Miller
,
D.
Menard
,
B.
Pant
,
J.
Loven
,
K.
Duxstad
,
S.
Li
,
Z.
Zhang
,
A.
Johnston
,
R.
Lamberton
,
M.
Gubbins
,
T.
McLaughlin
,
J.
Gadbois
,
J.
Ding
,
B.
Cross
,
S.
Xue
, and
P.
Ryan
,
IEEE Trans. Magn.
42
,
97
(
2006
);
S.
Mao
,
J. Nanosci. Nanotechnol.
7
,
1
(
2007
).
[PubMed]
5.
J. M.
Daughton
,
J. Appl. Phys.
81
,
3758
(
1997
);
B. N.
Engel
,
J.
Akerman
,
B.
Butcher
,
R.
Dave
,
M.
DeHerrera
,
M.
Durlam
,
G.
Grynkewich
,
J.
Janesky
,
S. V.
Pietambaram
,
N. D.
Rizzo
,
J. M.
Slaughter
,
K.
Smith
,
J. J.
Sun
, and
S.
Tehrani
,
IEEE Trans. Magn.
41
,
132
(
2005
);
J.
DeBrosse
,
D.
Gogl
,
A.
Bette
,
H.
Hoenigschmid
,
R.
Robertazzi
,
C.
Arndt
,
D.
Braun
,
D.
Casarotto
,
R.
Havreluk
,
S.
Lammers
,
W.
Obermaier
,
W. R.
Reohr
,
H.
Viehmann
,
W. J.
Gallagher
, and
G.
Muller
,
IEEE J. Solid State Circuits
39
,
678
(
2004
).
6.
J. C.
Slonczewski
,
J. Magn. Magn. Mater.
159
,
L1
(
1996
);
L.
Berger
,
Phys. Rev. B
54
,
9353
(
1996
);
J. C.
Slonczewski
,
Phys. Rev. B
39
,
6995
(
1989
);
Y.
Huai
,
F.
Albert
,
P.
Nguyen
,
M.
Pakala
, and
T.
Valet
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
3118
(
2004
);
Spin Dynamics in Confined Magnetic Structures III
, edited by
B.
Hillebrands
and
A.
Thiaville
(
Springer
Verlag,
2006
), Chap. 1.
7.
J.
Hayakawa
,
S.
Ikeda
,
Y. M.
Lee
,
R.
Sasaki
,
T.
Meguro
,
F.
Matsukura
,
H.
Takahashi
, and
H.
Ohno
,
Jpn. J. Appl. Phys. Part 2
45
,
L1057
(
2006
).
8.
M.
Walter
,
J.
Walowski
,
V.
Zbarsky
,
M.
Münzenberg
,
M.
Schäfers
,
D.
Ebke
,
G.
Reiss
,
A.
Thomas
,
P.
Peretzki
,
M.
Seibt
,
J. S.
Moodera
,
M.
Czerner
,
M.
Bachmann
, and
C.
Heiliger
,
Nature Mater.
10
,
742
(
2011
);
W.
Lin
,
M.
Hehn
,
L.
Chaput
,
B.
Negulescu
,
S.
Andrieu
,
F.
Montaigne
, and
S.
Mangin
,
Nat. Commun.
3
,
744
(
2012
).
[PubMed]
9.
R. O.
Jones
and
O.
Gunnarsson
,
Rev. Mod. Phys.
61
,
689
(
1989
).
10.
S.
Datta
,
Electronic Transport in Mesoscopic Systems
, Cambridge Studies in Semiconductor Physics and Microelectronic Engineering (
Cambridge University Press
,
1997
).
11.
V. Y.
Irkhin
and
M. I.
Katsnel'son
,
Phys. Usp.
37
,
659
(
1994
);
M. I.
Katsnelson
,
V. Y.
Irkhin
,
L.
Chioncel
,
A. I.
Lichtenstein
, and
R. A. de
Groot
,
Rev. Mod. Phys.
80
,
315
(
2008
).
12.
R. A. de
Groot
,
F. M.
Mueller
,
P. G. V.
Engen
, and
K. H. J.
Buschow
,
Phys. Rev. Lett.
50
,
2024
(
1983
);
K. E. H. M.
Hanssen
and
P. E.
Mijnarends
,
Phys. Rev. B
34
,
5009
(
1986
);
K. E. H. M.
Hanssen
,
P. E.
Mijnarends
,
L. P. L. M.
Rabou
, and
K. H. J.
Buschow
,
Phys. Rev. B
42
,
1533
(
1990
);
R.
Weht
and
W. E.
Pickett
,
Phys. Rev. B
60
,
13006
(
1999
);
S. P.
Lewis
,
P. B.
Allen
, and
T.
Sasaki
,
Phys. Rev. B
55
,
10253
(
1997
);
K.-I.
Kobayashi
,
T.
Kimura
,
H.
Sawada
,
K.
Terakura
, and
Y.
Tokura
,
Nature
395
,
677
(
1998
);
Z.
Gercsi
,
A.
Rajanikanth
,
Y. K.
Takahashi
,
K.
Hono
,
M.
Kikuchi
,
N.
Tezuka
, and
K.
Inomata
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
082512
(
2006
);
G. X.
Miao
,
P.
LeClair
,
A.
Gupta
,
G.
Xiao
,
M.
Varela
, and
S.
Pennycook
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
022511
(
2006
);
S. I.
Rybchenko
,
Y.
Fujishiro
,
H.
Takagi
, and
M.
Awano
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
132509
(
2006
).
13.
W. H.
Butler
,
X.-G.
Zhang
,
T. C.
Schulthess
, and
J. M.
MacLaren
,
Phys. Rev. B
63
,
054416
(
2001
).
14.
A. H.
MacDonald
,
T.
Jungwirth
, and
M.
Kasner
,
Phys. Rev. Lett.
81
,
705
(
1998
).
15.
R. H.
Fowler
and
L.
Nordheim
,
Proc. R. Soc. London, Ser. A
119
,
173
181
(
1928
);
L. W.
Nordheim
,
Proc. R. Soc. London, Ser. A
121
,
626
(
1928
).
16.
R. G.
Forbes
,
Surf. Interface Anal.
36
,
395
(
2004
);
R. G.
Forbes
,
J. Vac. Sci. Technol. B
26
,
788
(
2008
).
17.
S. G.
Wang
,
R. C. C.
Ward
,
G. X.
Du
,
X. F.
Han
,
C.
Wang
, and
A.
Kohn
,
Phys. Rev. B
78
,
180411
(
2008
).
18.
Q. L.
Ma
,
S. G.
Wang
,
J.
Zhang
,
Y.
Wang
,
R. C. C.
Ward
,
C.
Wang
,
A.
Kohn
,
X.-G.
Zhang
, and
X. F.
Han
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
052506
(
2009
).
19.
Q.
Ma
,
T.
Kubota
,
S.
Mizukami
,
X.
Zhang
,
M.
Oogane
,
H.
Naganuma
,
Y.
Ando
, and
T.
Miyazaki
,
IEEE Trans. Magn.
49
,
4339
(
2013
).
You do not currently have access to this content.