Магнитные свойства и транспорт спин-поляризованных электронов в магнитных наноструктурах с доменными границами

• Автор: Хвальковский, Алексей Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Благодарности
Я хотел бы выразить самую искреннюю признательность и благодарность:
- Анатолию Константиновичу Звездину, моему научному руководителю, за постановку задач, чуткое руководство и за тот бесценный опыт, который он передал мне за время моей работы с ним,
- Константину Звезднну, который был фактически моим вторым научным руководителем, за обсуждения, помощь, постоянную поддержку и просто за дружеское общение,
- Петру Ефимовичу Зильберману и Анатолию Федоровичу Попкову, за то, что они согласились оппонировать мою диссертацию,
- в ИОФРАН: Елене Николаевне Таракановой, секретарю теор. отдела, Александру Михайловичу Игнатову, заведующему теор. отделом, и Елене Федоровне Овчинниковой, заведующей отделом аспирантуры, за постоянную помощь, поддержку и выручку в многочисленных больших и малых административных вопросах; Анри Амворосиевичу Рухадзе и всем сотрудникам теор. отдела ИОФРАН за участие и рабочую атмосферу;
- Саше Пятакову, Диме Плохову и Володе Белотелову за дружеское общение, Диме и Саше также за помощь в редактировании данной диссертации,
- Владимиру Степановичу Горнакову (Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка), Александру Алексеевичу Мухину (ИОФРАН), Julie Grollier (Unite Mixte de Physique CNRS-THALES, Orsay) за ценные научные обсуждения и пояснения по теме диссертации;
- Владимиру Владимировичу Терновскому (ВМиК МГУ) за ценные пояснения по теории и практике микромагнитного моделирования, Славе Горбунову (ТРИНИТИ) за многочисленную техническую поддержку и всем, с кем мы вместе работали над разработкой и усовершенствованием программы микромагнитного моделирования,
- в Institut d'Electronique Fondamentale, Univ. Paris-Sud, Orsay (хотя они и вряд ли смогут это прочитать): Anne-Marie Haghiri-Gosnet, Manuel Bibes, Thomas Amal и всем сотрудникам IEF, с кем мне приходилось общаться, за плодотворную работу, многочисленные обсуждения, которые сыграли важную роль в моем образовании, эксперимент и полученные результаты, а также за гостеприимство и искреннее участие. Здесь же мне хотелось поблагодарить Claude Chapper за немногочисленные, но очень ценные научные дискуссии.
Отдельно мне хотелось бы поблагодарить моих дорогих родителей и всех моих родных.

Список акронимов
AFM - атомный силовой микроскоп (atomic force microscope)
DMS - разбавленные магнитные полупроводники (diluted magnetic semiconductors)
SEM - сканирующий электронный микроскоп (scanning electron microscope)
ABM - адиабатический вращающий момент (тип индуцированного током дополнительного вращающего момента в уравнении Ландау-Лифшица-Гильберта), стр. 39 АФМ - антиферромагнетик, антиферромагнитный
БПФ - быстрое преобразование Фурье (применяется при расчете поля магнитостатического взаимодействия)
ГкГ - «голова к голове» («head-to-head», тип доменной стенки), стр. 38 ГУ - граничные условия (граничное условие)
ДС - доменная стенка, доменные стенки
НВМ - неадиабатический вращающий момент (тип индуцированного током дополнительного вращающего момента в уравнении Ландау-Лифшица-Гильберта), стр. 40 МС - магнитосопротивление, стр. 12 МСДС - магнитосопротивление доменной стенки, стр. 22 ОСДМ - обменно-связанные двухслойные магниты, стр. 127 НМ - наномостик, стр. 54 ПМ - парамагнитный металл СА - спиновая аккумуляция, стр. 19 СДС - сопротивление доменной стенки, стр. 22 УЛЛ - уравнение Ландау-Лифшица, стр. 45 УЛЛГ-уравнение Ландау-Лифшица-Гильберта
УСДС - удельное сопротивление доменной стенки (сопротивление доменной стенки на
единицу площади доменной стенки), стр. 70,
ФМ - ферромагнитный металл, ферромагнетик, ферромагнитный

Содержание работы
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК АКРОНИМОВ
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ГЛАВА I. ТРАНСПОРТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В МАГНИТНЫХ НАНОСТРУКТУРАХ
1.1. Основные понятия
1.1.1. Эффекты магнитосопротивления
1.1.2. Основы теории спин-зависимого транспорта
1.2. Сопротивление доменной стенки в наноструктурах
1.2.1. Анизотропное магнитосопротивление
1.2.2. Отражение зарядов от доменной стенки как потенциального барьера
1.2.3. Спин-зависимое рассеяние на примесях
1.2.4. Спиновая аккумуляция
1.2.5. Слабая локализация
1.2.6. Баллистическое магнитосопротивление
1.3. Переключение многослойных магнитных структур спин-поляризованным током
1.3.1. Модель переноса спина
1.3.2. Механизмы передачи поперечной компоненты спинового тока
1.3.3. Расчет вращающего момента
1.3.4. Влияние продольной компоненты спинового тока
1.3.5. Эксперименты по перемагничиванию током
1.4. Индуцированное током движение доменных стенок
1.4.1. Сила, вызванная эффектом Холла
1.4.2. Передача импульса от тока к стенке
1.4.3. Адиабатический вращающий момент
1.4.4. Неадиабатический вращающий момент
1.4.5. Изменение структуры доменной стенки
1.4.6. Другие модели
ГЛАВА II. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРЫ НАНООБЪЕКТОВ
II.1. Уравнение динамики магнитного момента
И.1,1. Термодинамические соотношения
11.1.2. Эффективное поле. Уравнение Ландау-Лифшица-Гильберта
Н.2. Расчет эффективного поля
11.2.1. Обменная энергия
11.2.2. Энергия анизотропии
11.2.3. Магнитостатическая энергия
11.2.4. Эффективное поле
11.3. Микромагнитный пакет SpinPM

здесь п - единичным вектор вдоль направления легкого намагничивания,

ни—ЛМ, (11.26)
(Д - двумерный оператор Лапласа).
При расчетах используются следующие граничные условия, которые обычно называют свободными:
ж|ао " °- (и'27)
где N - вектор, нормальный к границе дО области О.
11.3. Микромагнитный пакет вр1пРМ
Численный расчет магнитной структуры и процессов перемагничивания в данной диссертационной работе проводился с помощью пакета программ бртРМ. Пакет состоит из счетной части и графической оболочки - пользовательском интерфейсе, позволяющем создавать и редактировать проекты расчетов и просматривать результаты.
Счетная часть позволяет решать УЛЛГ на прямоугольной сетке с равномерной дискретизацией по осям х и у и неравномерной дискретизацией по оси г. Детали процесса дискретизации описаны в [131]. Для ускорения [132] расчет магнитостатического взаимодействия осуществляется в пространстве Фурье, для перехода в него и обратно используется техника быстрого преобразования Фурье (БПФ). Ниже перечислены основные возможности счетной части:
• Расчет квазистатики и динамики системы
• Режимы расчета:
о релаксация (динамика) при заданном постоянном поле и заданном импульсе поля, либо
о расчет одной, части или нескольких петель гистерезиса системы при заданном внешнем поле
• Возможность задавать внешнее поле как поле от токовых шин (проводников бесконечной длины заданного сечения, располагающихся вдоль осей х или у, вдоль которых течет ток)
• Используемые модели анизотропии: кубическая (и/или) одноосная, обе до второго порядка точности (с использованием коэффициентов Кц Кг)
• Расчет обменного взаимодействия: внутрислойное/межслойное
• Возможность задавать дефекты различного типа в системе в том числе: