Магнитные и магниторезистивные свойства плотноупакованных нанодисков

• Автор: Стеблий, Максим Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Фундаментальные аспекты магнетизма
1.1.1 Магнитные энергии
1.1.2 Характеристические длины
1.1.3 Вихревая структура намагниченности
1.2 Наноразмерный ферромагнитный диск
1.2.1 Характерные конфигурации намагниченности
1.2.2 Квазистатическое перемагничивание диска в вихревой конфигурации намагниченности
1.2.3 Высокочастотное перемагничивание диска в вихревой конфигурации намагниченности
1.2.4 Переключение полярности и генерация спиновых волн
1.3 Влияние магнитостатического взаимодействия на магнитные свойства диска
1.3.1 Горизонтальное упорядочение дисков
1.3.2 Вертикальное упорядочение
1.4 Контроль магнитной конфигурации нанодиска
1.4.1 Деформация профиля диска
1.4.2 Внесение дефекта в плоскость диска
1.4.3 Создание неоднородных магнитных свойств
1.4.4 Неоднородное магнитостатическое взаимодействие
1.4.5 Внешнее воздействие
1.5 Выводы
Г лава 2. Методы получения и исследования наноразмерных объектов
2.1. Метод магнетронного распыления
2.2 Электронно-лучевая литография (ЭЛЛ)
2.3. Магнетометр на основе эффекта Керра (МОКЕ)
2.4 Метод магнитной силовой микроскопии (МСМ)
2.5 Измерение магниторезистивных свойств
2.6 Микромагнитное моделирование

Глава 3. Влияние магнитостатического взаимодействия на процессы перемагничивания дисков в плотноупакованных массивах
3.1 Структура плотноупакованных массивов lxN и NxN
3.2 Особенности перемагничивания дисков в массиве lxN
3.3 Полуэмпирическая модель оценки поля зарождения вихря Н„
3.4 Расчет поля зарождения вихря в дисках массива lxN
3.50собенности перемагничивания дисков в массиве NxN
3.6 Влияние симметрии массива на процесс перемагничивания дисков
3.7 Выводы
Глава 4. Магнитные и магниторезистивные свойства структуры «Диск на Диске»
4.1 Структура «диск на диске»
4.2 Исследование процесса перемагничивания структуры «диск на диске», соответствующего случаю Mj/MsCO
4.3 Исследование процесса перемагничивания структуры «диск на диске», соответствующего случаю М,УМ5>
4.4 Перемагничивание структуры при симметричном расположении дисков
4.5 Особенности магнитной структуры «диск на диске»
4.6 Магниторезистивные свойства структуры «диск на диске»
4.7 Выводы
Заключение
Приложение
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Уменьшение ферромагнитного объекта до субмикронного размера приводит к формированию устойчивых магнитных конфигураций, не свойственных массивным магнитам. Наиболее примечательными из них являются однодоменная и вихревая спиновые конфигурации. В случае формирования вихря намагниченность вращается в плоскости объекта вокруг центральной области, в которой она выворачивается перпендикулярно, образуя ядро вихря [1]. Практически полное отсутствие магнитных полюсов делает вихревую конфигурацию энергетически выгодной. Вихрь характеризуется топологическими зарядами двух типов: хиральностью - направлением вращение намагниченности (по-/против часовой стрелке) и полярностью - направлением намагниченности в ядре вихря относительно плоскости (вверх/вниз). Эти параметры независимы, поэтому магнитный вихрь может принимать четыре устойчивых состояния. При этом состояния вихря с разной хиральностью или полярностью являются энергетически тождественными. Внешним воздействием можно добиться, например, переключения хиральности, но без применения сложных экспериментальных методов нельзя сказать, какое именно значение она примет.
Распространенным объектом для изучения свойств вихревой магнитной конфигурации является субмикронный ферромагнитный диск. Состояние магнитного равновесия соответствует положению ядра вихря в центре диска. Под действием спин-поляризованного тока или внешнего магнитного поля ядро вихря отклоняется от положения равновесия. В зависимости от скорости изменения внешнего возбуждающего воздействия могут наблюдаться следующие явления: упругое отклонение ядра вихря от состояния равновесия [1,2], переключение полярности [3], переключение хиральности [4], прецессия ядра вихря [3], которая может сопровождаться переключением полярности и испусканием магнона [3,5-7]. Показано, что на основе дисков могут быть реализованы элементы памяти [8], элементы логики [9], сенсоры магнитного поля [10], высокочастотные генераторы спиновых волн [11], медицинские препараты [12] и т.д. При этом, задачей важной как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения, является выявление

а> Поперечное

1 и С)

Продольное р
.2 с 100 -|
50 Н
Изолированный
Поперечное
— Продольное

10 20 Толщина, нм

Рис.1.24. Фазовая диаграмма магнитных состояний в зависимости от размеров диска. Отмечены области существования вихревой и однодоменной конфигураций намагниченности для случая изолированного диска и взаимодействующих дисков при разной ориентации поля.
Совокупность вышеописанных фактов приводит к ряду особенностей возникающих в процессе перемагничивания связанных дисков. Рассматривая перемагничивание на примере цепочки (рис. 1.25), необходимо отметить следующее. Ограниченность структуры приводит к тому, что поле магнитостатического взаимодействия не однородно. Диски на концах связанны взаимодействием только с одной стороны. Это приводит к тому, что процесс перемагничивания носит цепной характер [70]. Магнитостатическое взаимодействие стабилизирует состояние с однородной намагниченностью. Поэтому, при уменьшении внешнего магнитного поля, процесс зарождения ЯВ начнется с краев, где взаимодействие минимально. При зарождении вихря вклад магнитостатическое взаимодействие между диска резко уменьшается. Дальнейшее уменьшение поля приведет к зарождению вихря в следующем диске. Исследования показали, что с учетом дальнодействующего магнитостатического взаимодействия, достаточно рассматривать всего 7 элементов для того, чтобы центральный диск вел себя также как диск в бесконечной цепочке. Таким образом, в эксперименте за поле зарождения или аннигиляции вихря будет принято некоторое среднее значение.