Процессы намагничивания, спинового транспорта и спиновой динамики в наноразмерных планарных структурах с ферромагнитными слоями

• Автор: Чиненков, Максим Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение
1. Глава 1. Магнетизм и спиновый транспорт в металлических и полупроводниковых гетероструктурах

1.1 Природа магнетизма твердых тел

1.2 Перенос спина в металлических и полупроводниковых материалах

1.3 Магнитодинамика и передача вращательного момента в спин-вентильных

структурах

1.4 Баллистический механизм передачи вращательного момента: рассеяние

спинов на интерфейсе слоев

1.5 Диффузионный механизм передачи вращательного момента: спиновая

аккумуляция
1.6 Магниторезистивный эффект
1.7 Переключение магнитных состояний
1.8 Генерация микроволн в результате переноса спина
1.9 Динамика доменных границ
1.10 Ферромагнитные полупроводники
2. Глава 2. Особенности полевого перемагничивания
2.1 Влияние формы спин-вентильной структуры на ее магниторезистивные
свойства
2.2 Технология изготовления спин-вентильных структур
2.3 Предельная чувствительность магниторезистивного датчика на основе
спин-вентильных элементов
2.4 Выводы
3. Глава 3. Анализ уравнений статики и динамики намагниченности наностолбчатой многослойной структуры при протекании тока
3.1 Исходные уравнения и модельные предположения
3.2 Магнитные состояния в отсутствие магнитного поля
3.3 Магнитные состояния при параллельном легкой оси поле
3.4 Магнитные состояния при перпендикулярном легкой оси поле
3.5 Спиновая динамика с учетом неоднородного распределения
намагниченности
3.6 Динамика двухподрешеточного ферримагнитного слоя при протекании
спин-поляризованного тока
3.7 Выводы

4. Глава 4. Влияние шумов и флуктуаций на спиновую динамику
4.1 Токовая перестройка частоты спинтронного микроволнового автогенератора
4.2 Редуцированные уравнения описания слабоамплитудных автоколебаний
спинов
4.3 Спектральная функция сигнала спиновых автоколебаний
4.4 Наноразмерный спинтронный генератор электромагнитного излучения
4.5 Выводы
Заключение
Приложения
Приложение 1. Технологический маршрут изготовления НСТГ
Приложение 2. Диапазоны частот, наиболее применимые в телекоммуникациях
Научные положения и результаты, выносимые на защиту
Благодарности
Список публикаций по теме диссертации
Список цитируемой литературы
Введение
Спинтроника - перспективное направление микро- и наноэлектроники, интенсивно развивающееся в самостоятельную область фундаментальных и прикладных исследований, где за основу берется эффект спинового транспорта в ферромагнитных гетероструктурах. Спинтроника сочетает достоинства металлической и полупроводниковой электроники (управление электрическими и оптическими свойствами электрическим полем) с достоинствами магнитной электроники [(1)] ( управление магнитным полем, энергонезависимость).
Используя последние достижения в области магнетизма и магнитных технологий станет возможным, например, объединить элементы памяти и логики, детекгирования и обработки сигнала па одном чипе, который заменит несколько отдельных устройств. Опираясь на платформу динамично развивающейся нанотехнологии, устройства спинтроники формируют эффективную элементную базу, на основе которой появится возможность произвести прорыв в информационных технологиях, микромеханике, биомедицине и технологиях, связанных с высокопрецизионными измерениями.
В связи с освоением характерных литографических размеров нанометрового диапазона в магнитной электронике существенную роль приобретают мезоскопические явления. Значительная часть исследований в рамках наномагнетизма посвящена изучению транспортных свойств магнитных нанообъектов с учетом особенностей микроскопического магнетизма индивидуальных атомов и макроскопического магнетизма кристаллических тел, так называемых мезоскопических магнитов. Эти исследования важны для установления предельных свойств мезоскопических магнитов и, значит, определения достижимых границ миниатюризации современных электронных приборов и элементов памяти. Наибольший интерес привлекают к себе эффекты гигантского (туннельного) магнитосопротивления [(2), эффекты спиновой инжещии и переноса спина [(3), (4), (5)], а также фотоспиновый эффект и спиновый эффект Холла [(6)]. Изучение процессов полевого и токового перемагничивания [(7)| слоистых ферромагнитных структур с наноразмерными элементами является актуальной задачей для разработки базовых элементов спинтроники, перспективных для создания энергонезависимой

Объяснение эффекта гигантского магнитосопротивления (ГМС) связывается со спин-зависимым эффектом рассеяния на граничных поверхностях слоев [(56), (57)] и особенностями потенциального рельефа для мажорных и минорных электронов в слоистой структуре (Рис. 1.10). При магнитном насыщении в сильном поле Н> Нв намагниченности магнитных слоев параллельны. Электроны со спином, параллельным намагниченности, слабо рассеиваются во всех слоях и, следовательно, создают большую часть электрического тока. Наоборот, электроны со спином, антипараллельным намагниченности, рассеиваются сильно и вносят меньший по величине вклад в электрический ток.
н = О н = н8
Fe --* «. * Fe
: Cr иши:uzzzzu er

Гигантское магнитосопротивление в мультислойной структуре Fe/Cr. Стрелки показывают направления магнитных моментов атомов Fe.
В результате при Н > Hs электросопротивление мультислойной структуры будет уменьшено на некоторую величину относительно сопротивления для случая Н = 0. Действительно, в структуре с антипараллельной ориентацией магнитных моментов слоев электроны проводимости обеих групп встречают при своем движении слои, намагниченные параллельно, и слои, намагниченные антипараллельно, поэтому электроны при Я = 0 рассеиваются то сильно, то слабо, когда они пересекают последовательные магнитные слои. Следовательно, электросопротивление здесь будет выше, чем при Н > Hs . В последние годы было установлено, что в мультислоях значительный вклад в гигантское магнитосопротивление вносит также интерференция электронных волн, отраженных от внешних и внутренних границ интерфейсов - поверхностей, разделяющих магнитные и немагнитные слои. Эти эффекты наблюдались для двух геометрий: ток в плоскости слоев и ток перпендикулярно плоскости слоев [(58)]. Гигантское магнитосопротивление