Conventional spin-transfer torque-based magnetoresistive random access memory (STT-MRAM) with CoFeB electrodes has great potential as universal memory. However, state-of-the-art STT-MRAM technology has encountered the issues such as high writing current density and low thermal stability for scaling down to 1x nm. Heusler alloy has been suggested as an alternative for resolving these problems by significantly decreased Gilbert damping constant while preserving approximately 100\% spin polarization. In particular, $L2_1$-ordered Co$_2$FeAl (CFA)-based magnetic tunnel junction (MTJ) exhibits outstanding half-metallicity and perpendicular magnetocrystalline anisotropy characteristics arising from Co(Fe)-O orbital hybridization at the interface. In this dissertation, the biaxial strain effects of CFA-based MTJ are investigated by adjusting in-plane lattice constants from -4\% to +4\%. DFT-NEGF calculations present strain-tunable tunneling magnetoresistance ratio and magnetocrystalline anisotropy energy in both Co$_2$-O and FeAl-O interfaced MTJs. The strain-engineered CFA-MTJs with FeAl-O interfaces have shown stable TMR ratios and magnetic anisotropies, whereas Co$_2$-O interfaced structures have shown trade-off relationship.
기존의 CoFeB 전극을 사용하는 스핀-전달 토크 기반 MRAM (STT-MRAM)은 유니버설 메모리로서의 큰 가치를 가지고 있다. 그러나 최신 STT-MRAM 기술은 1x nm 영역으로의 스케일 다운을 위해서 높은 쓰기 전류밀도, 낮은 열안정성의 문제를 해결해야 한다. 호이즐러 합금은 아주 낮은 Gilbert 감쇄상수와 100\%에 가까운 스핀편극률을 갖는 물질로 이러한 문제들을 해결할 대체물질로써 제안되어왔다. 특히 $L2_1$-정렬된 Co$_2$FeAl (CFA) 기반 자기터널접합은 뛰어난 반금속성과 계면의 Co(Fe)-O 혼성 오비탈에서 발생하는 수직자기이방성을 갖는다. 본 논문에서는 CFA 기반 자기터널접합의 in-plane 격자 상수를 -4\% $\sim$ +4\% 변형함으로써 양축 변형 효과에 대해 연구한다. DFT-NEGF 계산 결과는 Co$_2$-O 계면, FeAl-O 계면 자기터널접합 모두에서 변형을 통해 조절 가능한 터널자기저항비와 자기이방성 에너지를 보인다. 변형 인가된 CFA-MTJ에서 FeAl-O 계면 구조에서는 안정적인 TMR 비와 자기이방성을 보였으나 Co$_2$-O 계면 구조에서는 트레이드오프 관계를 가졌다.