Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ПРАВИЛА ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ



СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОНІКИТА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Кафедра прикладної фізики

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

«ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТУ ГІГАНТСЬКОГО МАГНІТООПОРУ У ТРИШАРОВИХ ПЛІВКОВИХ СИСТЕМАХ»

З КУРСУ «ПРИЛАДИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ПЛІВКОВИХ МАТІРІАЛІВ»

 

Суми 2011

Лабораторна робота №14

Дослідження ефекту гігантського магнітоопору у тришарових плівкових системах

Мета роботи:Дослідження магніторезистивних характеристик плівкових структур Co/Cu/Co/П.

ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРІЇ

Явище гігантського магнітоопору (ГМО) сприяє розвитку нових технологій, відкриває великі можливості з точки зору збільшення щільності логічних елементів та швидкості обробки даних.

Суть його полягає у різкому зростанні електричного опору (на 1-70%) в багатошарових плівкових структурах (мультишарах), що складаються з почергових феромагнітних і немагнітних шарів, при накладанні зовнішнього магнітного поля. ГМО відрізняється від звичайного магнітоопору, оскільки в цьому разі зменшення опору не залежить від напряму прикладеного магнітного поля, а відбувається при зміні напряму намагніченості в магнітних шарах від антипаралельного (антиферомагнітна взаємодія) до паралельного (феромагнітна взаємодія) під дією зовнішнього магнітного поля. Відомо, що явище ГМО спостерігається не лише в мультишарах, але і в гранульованих сплавах, у т.ч. і плівкових [1].

Гігантський магнітний опір уперше спостерігався Бейбічем, Броте, Фертом та ін. у 1988 році в багатошарових плівкових структурах Fe/Cr. У подальшому подібний ефект спостерігали і в інших плівкових системах, наприклад Co/Cu, Co/Ag, Py/Cu та ін. Аналіз накопичених експериментальних даних свідчить про те, що ГМО обумовлений спін-залежним перенесенням електричних зарядів. Згідно з особливостями цього механізму електроперенесення такі:

- завдяки наявності у феромагнетиках великих молекулярних обмінних полів (Нм ~ 109 Еp) виникає сильна спінова поляризація носіїв заряду, внаслідок чого перенесення електричного струму здійснюється електронами неоднакової кількості із проекцією спіну “вгору” та “вниз”[1];

- в однорідно намагніченому феромагнетику густину струму можна розділити на дві складові j+ і j-, які спрямовані за або проти вектора намагніченості , це спричиняє появу двох спінових каналів електропровідності з питомими провідностями s+ і s-;

- завдяки спіновій залежності концентрації носіїв та ймовірності їх розсіювання питомі опори r+ і r- для двох спінових каналів будуть відрізнятися:

 

, (1)

 

де β – коефіцієнт спінової асиметрії.

На межі поділу феромагнетик/намагнічений матеріал (F/N інтерфейс) існує додатковий, т. зв. інтерфейсний механізм розсіювання електронів. Фізичний зміст його полягає в тому, що електрон, який рухається із феромагнетику у немагнітний матеріал, має подолати енергетичний бар¢єр, який залежить від напряму спіну електрона. Залежно від знака обмінної взаємодії між локалізованими та рухомими спінами, для електронів із спіном, паралельним вектору , бар¢єр може бути вищим або нижчим на величину μБ НМ порівняно із електроном із антипаралельним вектору спіном. Цей ефект можна врахувати, якщо вважати, що опір металу поблизу F/N межі є спінзалежним, тобто

 

(2)

 

де γ – коефіцієнт, який залежить від різниці потенціальних бар¢єрів для двох напрямів спіну, а також від товщини та розмитості інтерфейсного шару, у якого питомий опір r F/N (наприклад, для межі Co/Cu γ = 0,7 - 0,9) [1].

Рисунок 1, ілюструє механізм збільшення опору тришарової плівкової системи Co/Cu/Co при зміні паралельної на антипаралельну орієнтацію намагніченості в магнітних шарах Со під дією зовнішнього магнітного поля для випадку т.зв. СПП – геометрії, тобто, коли струм проходить перпендикулярно до площини шарів. ГМО може вимірюватися і при паралельній геометрії (СПРП - геометрія), але в першому випадку ефект проявляє себе значно сильніше. Ступінь спінової поляризації залежить від природи феромагнетику і тому в реальних експериментах величина ГМО = (R(Hm) –R(0))/R(Hm) становить величину порядку (1-10)% (Hm – максимальне значення напруженості магнітного поля).

 

 

Рисунок 1- Механізм виникнення ГМО в внаслідок спін-залежного розсіювання електронів різної поляризації на межі поділу шарів F/N і N/F (СПП - геометрія): а – малий опір; б – великий опір (ГМО) [1]

 

Оскільки плівкові системи Fe/Cr і Co/Cu можна розглядати як модельні, то ми приділимо основну увагу літературним даним на прикладі цих систем. Раніше відмічалося, що в цьому випадку використовуються дві геометрії експерименту – СПП і СПРП (рис.2).

 

Рисунок 2 - Геометрія дослідження ГМО: а – СПРП; б – СПП – геометрія [1]

 

На рисуноку 3 наведені залежності ГМО від напруженості магнітного поля для полікристалічних мультишарів на основі Co і Cu та Fe і Cr, отримані за = 300 К при використанні СПРП-геометрії.

 

Рисунок 3 – Гігантський магнітний опір у плівкових мультишарах

з буферними шарами Cr і Fe

Si/Cr(4нм)/[Fe(0,8)/Cr(0,75)]39/Fe(0,8)/Cr(1,5) та

Si/Fe(5)/[Со(0,8)/Cu(0,75)]59/Со(0,8)/Fe(2) [1]

 

Плівкові зразки отримувалися магнетронним розпиленням на підкладку (100) Si, покриту тонким шаром (d = 1,0-1,5 нм) оксиду, при Тп = 300К (мультишари Co/Cu) і Тп = 400К (мультишари Fe/Cr). При такому виборі температури підкладки досягалася максимальна величина ГМО[1].

 

ПРАВИЛА ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

 

У вакуумній установці та вимірювальному приладі використовується висока напруга. В зв’язку з цим установка вмикається у повній відповідності до інструкції в присутності лаборанта.

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.