- •Оглавление
- •Предисловие
- •I. Магнитные свойства. Общая характеристика
- •Основные магнитные характеристики
- •Магнитный момент изолированного атома
- •II. Диамагнетизм Ларморовский диамагнетизм атомов с полностью заполненными внутренними оболочками
- •III. Парамагнетизм
- •Ланжевеновский парамагнетизм
- •Природа эффекта замораживания орбитального углового момента
- •Парамагнетизм Ван Флека
- •Парамагнитная и диамагнитная восприимчивость электронов проводимости
- •IV. Ферромагнетизм
- •Внутреннее молекулярное поле Вейсса (p.Weiss)
- •Модель Гейзенберга.
- •V. Антиферро- и ферримагнетизм
- •Ферримагнетики.
- •VI. Доменная структура Ферромагнитные домены
- •Границы доменов
- •VII. Методы наблюдения микромагнитных структур
- •М етод магнитной суспензии (метод порошковых фигур)
- •Магнитооптические методы
- •VIII. Сложные микромагнитные структуры
- •Страйп-структуры
- •Цилиндрические магнитные домены (цмд)
- •Микромагнетизм одноосных кристаллов
- •Микромагнитная структура мелких частиц
- •IX. Микромагнетизм нанокристаллических ферромагнетиков
- •Теория Герцера
- •Наведенная магнитная анизотропия
- •X. Динамика намагничения
- •Н Рис.10.2. Перераспределение магнитных моментов в кубическом кристалле для внешнего поля: (a) н || [100]; б) h || [110]. Амагничение смещением доменных стенок
- •Вращение магнитных моментов
- •Динамические свойства ферромагнетиков
- •XI. Магнетизм низкоразмерных структур. Магнитные многослойные системы
- •Гигантское магнитное сопротивление (gmr)
- •Магнитные нанонити (1d системы)
- •Магнитные наноточки (0d системы).
- •Методы получения магнитных наноточек
- •Самоорганизованные суперрешетки магнитных частиц
- •XIII. Материалы и устройства спинтроники Устройства спинтроники
- •Магнитные полупроводники в спинтронике
- •Зонная структура сплавов Гейслера
- •Современные магнитные носители информации Современные тенденции в развитии накопителях на жестких дисках
- •Магнитооптические носители информации
- •Магнитная память произвольной адресации (mram - magnetic/magnetoresistive random access memory)
- •Высокочастотные магнитные устройства
- •Интегрированные индукторы в рч –области
- •Литература
- •Глава VI:
- •Глава VII:
- •Глава VIII.
- •Глава IX.
- •Глава X.
- •Глава XI.
- •Глава XII.
- •Глава XIII.
- •Глава XIV.
- •Глава XV.
XI. Магнетизм низкоразмерных структур. Магнитные многослойные системы
Интерес к магнитным многослойным структурам мотивируется их многочисленными применениями как уже реализованными, так и перспективными в области магнито- и спин-электроники. Например, высокочувствительные сенсоры магнитных полей, устройства магнитной записи и хранения информации и т.д. Большой интерес проявляется к исследованиям фазовых переходов, спиновой структуры, масштабирования (качественного изменения свойств), эффектов близкодействия (proximity) при уменьшении размерности материалов.
Так же как и тонкие пленки, многослойные структуры получают магнетронным распылением, электронно-лучевой эпитаксией, и другими методами осаждения тонких пленок. Двух- и многослойные магнитные структуры состоят из чередующихся слоев с различными магнитными свойствами. Особо важными являются 3 свойства таких структур: обменное смещение, антиферромагнитная связь и гигантское магнетосопротивление.
Обменное смещение (exchange bias).
Э
Рис. 11.1. Петля
гистерезиса с эффектом обменного
смещения.
Эффект обменного смещения используется в устройствах спинтроники, таких как спин-диоды и считывающие головки магнитной памяти, работа которых базируется на эффекте гигантского магнитного сопротивления [2].
Рис.11.2.
Обменное смещение.
Антиферромагнитная связь.
В 80-х годах было установлено, что в многослойных структурах типа ФМ/НМ/ФМ может наблюдаться антиферромагнитная связь между двумя ФМ-слоями, разделенными немагнитным слоем. Так магнитные моменты в соседних Fe-слоях в многослойной структуре Fe/Cr/Fe с ориентацией (100) ориентируются антипараллельно, когда толщина слоев Cr составляет около 9 Å [4=Gru86]. Антипараллельной ориентации магнитных моментов обнаружена в работе [9] по особенностям в спектрах лазерного излучения, рассеянного на спиновых волнах, а также по необычной форме петли гистерезиса, измеренной с помощью эффекта Керра. Схема эксперимента изображена ни рис. 11.3а, а зависимость сигнала Керр-эффекта от величины внешнего поля, ориентированного в плоскости пленки (100) вдоль ОЛН – на рис. 11.3б. Параллельной ориентации магнитных моментов в Fe-слоях соответствует максимальный сигнал, что и наблюдается при достаточно сильном внешнем поле. Однако, при промежуточных или малых полях (но вполне достаточных для намагничения одиночной Fe-пленки до насыщения) происходит компенсация магнитных моментов и, соответственно, резкое ослабление сигнала. Это свидетельствует об антипараллельной ориентации магнитных моментов в Fe-слоях, разделенных немагнитным материалом (Cr).
|
|
11.3. Наблюдение антиферромагнитной связи методом эффекта Керра: а) схема эксперимента, б) зависимость сигнала Керр-эффекта от внешнего поля [9]. |
При изменении толщины немагнитного слоя d0, осциллирует величина и знак обменной связи [11]. На рис. 11.4 этот эффект показан как осцилляции магнитосопротивления. При некоторой толщине магнитные моменты в соседних ферромагнитных слоях вновь стремятся к противоположной ориентации. Прикладывая достаточно сильное магнитное поле, мы можем заставить магнитные моменты ориентироваться вдоль поля. Осцилляторный характер связи оказался достаточно общим свойством почти всех многослойных систем, в которых немагнитные слои могут быть переходными металлами 3d, 4d, или 5d оболочек или благородным металлом [5]. Период осцилляций варьируется от нескольких атомных слоев, типично 10 Å и до 20 Å.