Моделирование физических процессов в магнитных наноструктурах

• Автор: Звездин, Константин Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. МИКРОМАГНЕТИЗМ НАНОСТРУКТУР

Введение

Обменная энергия

Осциллирующий межслойный обмен

Энергия анизотропии

Магнитостатическая энергия

Эффективное поле

Модель однородного переключения (модель Стонера-Вольфарта)

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА

Численные методы микромагнетизма

Разностная сетка
Расчет эффективного поля НЕге
Магнитостатическое поле
Поле анизотропии
Поле внутрислойного обмена
Поле межслойного обмена
Решение уравнения Ландау-Лифшица при заданном внешнем поле
Однослойная магнитная пленка
ГЛАВА 3. МНОГОСЛОЙНЫЕ СТРУКТУРЫ
Результаты моделирования
Симметричная брш-уаьуе структура
Заключение
ГЛАВА 4. МИКРОМАГНЕТИЗМ НАНОКОНТАКТА
Контакт двух противоположно намагниченных стержней - ЗБ микромагнитный
расчет
Пленочный наноконтакт
Сравнение с экспериментальными данными
Заключение

ЛАВА 5. ЭФФЕКТ ГИГАНТСКОГО МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЯ И ЗОВЫЙ МАГНИТО-ОПТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ИНОГОСЛОЙНИКАХ
Магнитная сверхрешетка как эффективная среда
Распределение электронов и проводимость
Магниторезистивный эффект
Новый МАГНИТО-ОПТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ - СПИН-ЗАВИСИМОЕ ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА
Заключение
ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МНОГОСЛОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР
Магнитная оперативная память (МЯАМ)
Эффекты магнитосопротивления и их применение в магнитной оперативной
памяти
МИАМ ячейка, основанная на эффекте гигантского магнитосопротивления.
Варианты конструкции
Брт->а1’е магнитная память
Псевдо-Брт-УаЬе магнитная память
Сенсоры магнитного поля
Наноконтактная МЯАМ
Наноконтактный сенсор магнитного поля
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

глава 1. Микромагнетизм наноструктур.
Введение
Последние 10-15 лет в физике, химии и технологии разработаны методы, тозволяющие манипулировать с отдельными атомами и молекулами, совершать операции, которые естественно описывать в терминах конструирования на молекулярном уровне. Возникающие новые научные направления характеризуются приставкой "нано" (от греч. nanos - карлик) -нанофизика, наноэлектроника, нанотехнология и т.д., подчеркивая тот факт, что характерный размер объектов в этой области порядка 1 нм= 1 (Г9 м, т.е. порядка размеров атомов и молекул.
К настоящему времени существует большое разнообразие наноструктур, из которых наиболее популярны квантовые и магнитные точки, квантовые ямы, квантовые нити, нанопроволоки, сверхрешетки. Термины: точки, ямы, нити, проволоки характеризуют главным образом очевидные геометрические свойства этих объектов, прилагательное "квантовый" отражает тот факт, что их поведение и свойства в значительной степени определяются не классической, а квантовой механикой. Сверхрешетки представляют собой искусственные нанофазные материалы - многослойные структуры с чередующимися ультратонкими слоями (порядка одного или нескольких нанометров), состоящими из атомов определенного сорта. Примером могут быть сверхрешетки Ge/Si, Fe/Cr, Co/Cu и др.
Особенно интересны магнитные наноструктуры, так как наличие внутренней степени свободы - магнитного момента, придает большое разнообразие их свойствам и позволяет управлять их состоянием при помощи внешнего магнитного поля.
Продвижение в мир миниатюрных магнитов началось сравнительно давно,
более пятидесяти лет тому назад. В связи с изучением доменной структуры

лава 3. Многослойные структуры
i этой главе приведены результаты моделирования процессов [еремагничивания трехслойных магнитных структур при различном ючетании геометрических и магнитных параметров магнитных слоев.
3 последние годы в таких структурах были обнаружены многие юожиданные и нетривиальные эффекты, связанные со свойствами лагнитных поверхностей и интерфейсов: гигантское магнитосопротивление, шачительная поверхностная анизотропия, отличие магнитных моментов на товерхности от их объемных значений, осциллирующее обменное ззаимодействие между соседними магнитными слоями и большой биквадратный обмен в многослойных структурах [46-51]. Кроме несомненной фундаментальной значимости, эти системы представляют большой прикладной интерес для конструирования магнитной памяти, сенсоров, нейронный сетей и т.д. [52,53,54]. Трехслойные элементы такого типа называются спиновыми переключателями (spin-valve). Это основные элементы магнитной оперативной памяти (MRAM=magnetic random access memory), разрабатываемой в настоящее время ведущими производителями электронной техники.
Исследование процессов перемагничивания таких систем представляется важной задачей. Показано, что процесс неоднородного перемагничивания имеет те же характерные особенности, что и перемагничивание однослойного элемента. Проведена классификация вида гистерезисных петель в зависимости от сочетания параметров магнитных слоев. Компьютерное моделирование дает возможность исследовать особенности процесса перемагничивания каждого слоя в отдельности, что невозможно при экспериментальном исследовании.