Electrical Control and High-Bias Enhancement of Magnetoresistance in van der Waals Antiferromagnetic Spin-Filter Tunnel Field-Effect Transistor
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Le résumé fourni par la source
We report a vertical spin-filter tunnel field-effect transistor (Spin-TFET) based on the air-stable van der Waals antiferromagnet CrSBr, integrated in a graphite/hBN/graphene/CrSBr/graphene heterostructure. Electrostatic gating enables direct electrical tuning of the spin-filter tunneling magnetoresistance (MR) over a wide range, from ∼100% to ∼800%. Strikingly, the source-drain bias ( V DS ) amplifies spin filtering rather than suppressing it, in sharp contrast to the conventional magnetic tunnel junction, boosting the MR up to ∼2500% (25,000% in a thicker sample) at an optimal bias and sharpening the discrete MR plateaus. To elucidate the underlying mechanisms, we combine magneto-transport measurements with density functional theory calculations and a spin-polarized Wentzel–Kramers–Brillouin (WKB) tunneling model. We show that the gate electric field tunes the electrochemical potential of graphene and the spin-dependent CrSBr barriers’ height of the nearby layers at the bottom graphene/CrSBr interface. The WKB model further captures, both qualitatively and quantitatively, the V DS dependence of the MR. It reveals that a high V DS regime activates a progressive tilting of the spin-dependent barrier profile across the CrSBr layer. These results establish van der Waals antiferromagnetic Spin-TFETs as a practical and electrically programmable platform for bias-amplified spin filtering, with direct prospects for multilevel spin logic and spin-selective readout.
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Le contrôle bibliographique ouvert
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- Titre Crossref
- Electrical Control and High-Bias Enhancement of Magnetoresistance in van der Waals Antiferromagnetic Spin-Filter Tunnel Field-Effect Transistor
- Date Crossref
- 07/07/2026
- Éditeur
- American Chemical Society (ACS)
- Type
- journal-article
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Les institutions déclarées
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