Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Гигантское магнитосопротивление ( GMR ) - это эффект квантовомеханического магнитосопротивления, наблюдаемый в многослойных слоях, состоящих из чередующихся ферромагнитных и немагнитных проводящих слоев. Нобелевская премия по физике 2007 г. была присуждена Альберту Ферту и Питеру Грюнбергу за открытие GMR.

Эффект наблюдается как значительное изменение электрического сопротивления в зависимости от того, находится ли намагничивание соседних ферромагнитных слоев параллельным или антипараллельным . Общее сопротивление относительно низкое при параллельном выравнивании и относительно высокое при антипараллельном выравнивании. Направлением намагничивания можно управлять, например, путем приложения внешнего магнитного поля. Эффект основан на зависимости рассеяния электронов от ориентации спина.

Основное применение GMR - датчики магнитного поля , которые используются для считывания данных с жестких дисков , биосенсоров , микроэлектромеханических систем (MEMS) и других устройств. [1] Многослойные структуры GMR также используются в магниторезистивной памяти с произвольным доступом (MRAM) в качестве ячеек, в которых хранится один бит информации.

В литературе термин гигантское магнитосопротивление иногда путают с колоссальным магнитосопротивлением ферромагнитных и антиферромагнитных полупроводников, не имеющим отношения к многослойной структуре. [2] [3]

Основополагающие результаты Альберта Ферта и Петера Грюнберга (1988): изменение сопротивления сверхрешеток Fe / Cr при 4,2 К во внешнем магнитном поле H. Ток и магнитное поле были параллельны оси [110] . Стрелка справа показывает максимальное изменение сопротивления. H s - поле насыщения. [примечание 1]

Формулировка [ править ]

Магнитосопротивление - это зависимость электрического сопротивления образца от силы внешнего магнитного поля. Численно он характеризуется величиной

где R (H) - сопротивление образца в магнитном поле H, а R (0) соответствует H = 0. [4] Альтернативные формы этого выражения могут использовать удельное электрическое сопротивление вместо сопротивления, другой знак для δ H , [5] и иногда нормируются на R (H), а не на R (0). [6]

Термин «гигантское магнитосопротивление» указывает на то, что величина δ H для многослойных структур значительно превышает анизотропное магнитосопротивление, которое имеет типичное значение в пределах нескольких процентов. [7] [8]

История [ править ]

GMR был открыт в 1988 году независимо [9] [10] группами Альберта Ферта из Университета Париж-Юг , Франция, и Петера Грюнберга из Forschungszentrum Jülich , Германия. Практическое значение этого экспериментального открытия было признано Нобелевской премией по физике, присужденной Ферту и Грюнбергу в 2007 году [11].

Первые шаги [ править ]

О первой математической модели, описывающей влияние намагниченности на подвижность носителей заряда в твердых телах , связанную со спином этих носителей, было сообщено в 1936 году. Экспериментальные доказательства потенциального увеличения δ H известны с 1960-х годов. К концу 1980-х анизотропное магнитосопротивление было хорошо изучено [12] [13], но соответствующее значение δ H не превышало нескольких процентов. [7] Увеличение δ H стало возможным с появлением таких методов пробоподготовки, как молекулярно-лучевая эпитаксия , которая позволяет изготавливать многослойные тонкие пленки толщиной в несколько нанометров. [14]

Эксперимент и его интерпретация [ править ]

Ферт и Грюнберг изучали электрическое сопротивление структур, содержащих ферромагнитные и неферромагнитные материалы. В частности, Ферт работал над многослойными пленками, а Грюнберг в 1986 году открыл антиферромагнитное обменное взаимодействие в пленках Fe / Cr. [14]

Работа по открытию GMR была проведена двумя группами на немного разных образцах. Группа Ферта использовала сверхрешетки (001) Fe / (001) Cr, в которых слои Fe и Cr были нанесены в высоком вакууме на подложку (001) GaAs, поддерживаемую при 20 ° C, а измерения магнитосопротивления проводились при низкой температуре (обычно 4,2 К). [10] Работа Грюнберга была проведена на мультислоях Fe и Cr на (110) GaAs при комнатной температуре. [9]

В мультислоях Fe / Cr со слоями железа толщиной 3 нм увеличение толщины немагнитных слоев Cr с 0,9 до 3 нм ослабляло антиферромагнитную связь между слоями Fe и уменьшало поле размагничивания, которое также уменьшалось, когда образец был нагревается от 4,2 К до комнатной температуры. Изменение толщины немагнитных слоев привело к значительному снижению остаточной намагниченности в петле гистерезиса. Электрическое сопротивление изменилось до 50% с внешним магнитным полем при 4,2 К. Ферт назвал новый эффект гигантским магнитосопротивлением, чтобы подчеркнуть его отличие от анизотропного магнитосопротивления. [10] [15] Эксперимент Грюнберга [9]сделал то же открытие, но эффект был менее выраженным (3% по сравнению с 50%) из-за того, что образцы находились при комнатной температуре, а не при низкой температуре.

Первооткрыватели предположили, что эффект основан на спин-зависимом рассеянии электронов в сверхрешетке, в частности на зависимости сопротивления слоев от относительной ориентации намагниченности и электронных спинов. [9] [10] Теория ГМС для разных направлений течения была развита в последующие несколько лет. В 1989 г. Камли и Барнась рассчитали геометрию «ток в плоскости» (CIP), при которой ток течет вдоль слоев в классическом приближении [16], тогда как Леви и др. использовал квантовый формализм. [17] Теория GMR для тока, перпендикулярного слоям (ток, перпендикулярный плоскости или геометрия CPP), известная как теория Вале-Ферта, была представлена ​​в 1993 году.[18] Приложения отдают предпочтение геометрии CPP [19], потому что она обеспечивает большее отношение магнитосопротивления (δ H ), [20], что приводит к большей чувствительности устройства. [21]

Теория [ править ]

Основы [ править ]

Спин-зависимое рассеяние [ править ]

Электронная плотность состояний (DOS) в магнитных и немагнитных металлах. 1: структура из двух ферромагнитных и одного немагнитного слоев (стрелки указывают направление намагничивания). 2: расщепление DOS для электронов с разными направлениями спина для каждого слоя (стрелки указывают направление спина). F: уровень Ферми . Магнитный момент антипараллелен направлению полного спина на уровне Ферми.

В магнитоупорядоченных материалах решающее влияние на электрическое сопротивление оказывает рассеяние электронов на магнитной подрешетке кристалла, которая образована кристаллографически эквивалентными атомами с ненулевым магнитным моментом. Рассеяние зависит от относительной ориентации электронных спинов и этих магнитных моментов: самое слабое, когда они параллельны, и самое сильное, когда они антипараллельны; он относительно силен в парамагнитном состоянии, в котором магнитные моменты атомов имеют случайную ориентацию. [7] [22]

Для хороших проводников, таких как золото или медь, уровень Ферми находится внутри sp- зоны, а d- зона полностью заполнена. В ферромагнетиках зависимость рассеяния электронов на атомах от ориентации их магнитных моментов связана с заполнением полосы, отвечающей за магнитные свойства металла, например 3d- полосы для железа, никеля или кобальта. Д группа ферромагнетиков разделена, так как она содержит различное число электронов со спинами , направленными вверх и вниз. Следовательно, плотность электронных состояний на уровне Ферми также различна для спинов, направленных в противоположные стороны. Уровень Ферми для электронов с мажоритарным спином расположен внутри spполосы, и их транспорт аналогичен в ферромагнетиках и немагнитных металлах. Для электронов с неосновным спином sp- и d- зоны гибридизованы, а уровень Ферми находится внутри d- зоны. Гибридизированная spd-зона имеет высокую плотность состояний, что приводит к более сильному рассеянию и, таким образом, более короткой длине свободного пробега λ для неосновного спина, чем для электронов с основным спином. В никеле, легированном кобальтом, отношение λ ↑ / λ ↓ может достигать 20. [23]

Согласно теории Друде , проводимость пропорциональна λ, которая колеблется от нескольких до нескольких десятков нанометров в тонких металлических пленках. Электроны «запоминают» направление вращения в пределах так называемой длины спиновой релаксации (или длины спиновой диффузии), которая может значительно превышать длину свободного пробега. Спин-зависимый транспорт относится к зависимости электропроводности от направления спина носителей заряда. В ферромагнетиках это происходит из-за электронных переходов между нерасщепленной 4 s и расщепленной 3 d полосой. [7]

В некоторых материалах взаимодействие между электронами и атомами наиболее слабое, когда их магнитные моменты антипараллельны, а не параллельны. Комбинация обоих типов материалов может привести к так называемому обратному эффекту GMR. [7] [24]

Зонная структура (слева) и плотность состояний (справа)

  • Медь (немагнитный металл). F - уровень Ферми. По вертикальной оси отложена энергия в эВ.

  • Кобальт (большинство спинов)

  • Кобальт (миноритарные спины)

Геометрия CIP и CPP [ править ]

Вращательные клапаны в считывающей головке датчика геометрии CIP (слева) и CPP (справа). Красный: провода, подающие ток на датчик, зеленый и желтый: ферромагнитные и немагнитные слои. V: разность потенциалов.

Электрический ток может проходить через магнитные сверхрешетки двумя способами. В геометрии тока в плоскости (CIP) ток течет по слоям, а электроды расположены на одной стороне структуры. В конфигурации тока перпендикулярно плоскости (CPP) ток проходит перпендикулярно слоям, а электроды расположены по разные стороны сверхрешетки. [7] Геометрия CPP приводит к более чем двукратному увеличению GMR, но ее труднее реализовать на практике, чем конфигурацию CIP. [25] [26]

Транспорт носителей через магнитную сверхрешетку [ править ]

Спиновый клапан, основанный на эффекте GMR. FM: ферромагнитный слой (стрелки указывают направление намагничивания), NM: немагнитный слой. Электроны со спинами вверх и вниз по-разному разбегаются в клапане.

Магнитное упорядочение различается в сверхрешетках с ферромагнитным и антиферромагнитным взаимодействием между слоями. В первом случае направления намагниченности одинаковы в разных ферромагнитных слоях в отсутствие приложенного магнитного поля, тогда как во втором случае в мультислое чередуются противоположные направления. Электроны, проходящие через ферромагнитную сверхрешетку, взаимодействуют с ней намного слабее, когда их спиновые направления противоположны намагниченности решетки, чем когда они параллельны ей. Для антиферромагнитной сверхрешетки такой анизотропии не наблюдается; в результате он рассеивает электроны сильнее, чем ферромагнитная сверхрешетка, и демонстрирует более высокое электрическое сопротивление. [7]

Применение эффекта GMR требует динамического переключения между параллельным и антипараллельным намагничиванием слоев в сверхрешетке. В первом приближении плотность энергии взаимодействия двух ферромагнитных слоев, разделенных немагнитным слоем, пропорциональна скалярному произведению их намагниченностей:

Коэффициент J является колебательной функцией толщины немагнитного слоя d s ; следовательно, J может изменить свою величину и знак. Если значение d s соответствует антипараллельному состоянию, то внешнее поле может переключить сверхрешетку из антипараллельного состояния (высокое сопротивление) в параллельное состояние (низкое сопротивление). Общее сопротивление конструкции можно записать как

где R 0 - сопротивление ферромагнитной сверхрешетки, ΔR - приращение ГМС, а θ - угол между намагниченностями соседних слоев. [25]

Математическое описание [ править ]

Явление GMR можно описать с помощью двух каналов спиновой проводимости, соответствующих проводимости электронов, для которых сопротивление является минимальным или максимальным. Связь между ними часто определяют через коэффициент спиновой анизотропии β. Этот коэффициент можно определить, используя минимум и максимум удельного электросопротивления ρ F ± для спин-поляризованного тока в виде

где ρ F - среднее сопротивление ферромагнетика. [27]

Модель резистора для структур CIP и CPP [ править ]

Если рассеяние носителей заряда на границе раздела между ферромагнитным и немагнитным металлом мало, а направление электронных спинов сохраняется достаточно долго, удобно рассматривать модель, в которой полное сопротивление образца представляет собой комбинацию сопротивления магнитного и немагнитного слоев.

В этой модели существует два канала проводимости для электронов с различными направлениями спина относительно намагниченности слоев. Следовательно, эквивалентная схема структуры GMR состоит из двух параллельных соединений, соответствующих каждому из каналов. В этом случае GMR можно выразить как

Здесь индекс R обозначает коллинеарную и противоположно ориентированную намагниченность в слоях, χ = b / a - отношение толщин магнитного и немагнитного слоев, а ρ N - удельное сопротивление немагнитного металла. Это выражение применимо как для структур CIP, так и для CPP. При условии, что это соотношение можно упростить, используя коэффициент спиновой асимметрии

Такое устройство, сопротивление которого зависит от ориентации электронного спина, называется спиновым клапаном . Он «открытый», если намагниченности его слоев параллельны, и «закрытый» в противном случае. [28]

Модель Валет-Ферта [ править ]

В 1993 году Тьерри Вале и Альберт Фер представили модель гигантского магнитосопротивления в геометрии CPP, основанную на уравнениях Больцмана. В этой модели химический потенциал внутри магнитного слоя делится на две функции, соответствующие электронам со спинами, параллельными и антипараллельными намагниченности слоя. Если немагнитный слой достаточно тонкий, то во внешнем поле E 0 поправки к электрохимическому потенциалу и полю внутри образца будут иметь вид

где ℓ s - средняя длина спиновой релаксации, а координата z отсчитывается от границы между магнитным и немагнитным слоями (z <0 соответствует ферромагнетику). [18] Таким образом, электроны с большим химическим потенциалом будут накапливаться на границе ферромагнетика. [29] Это может быть представлено потенциалом накопления спина V AS или так называемым межфазным сопротивлением (присущим границе между ферромагнетиком и немагнитным материалом).

где j - плотность тока в образце, ℓ sN и ℓ sF - длина спиновой релаксации в немагнитных и магнитных материалах соответственно. [30]

Подготовка устройства [ править ]

Материалы и экспериментальные данные [ править ]

Многие комбинации материалов демонстрируют GMR [31], и наиболее распространенными являются следующие:

  • FeCr [10]
  • Co 10 Cu 90 : δ H = 40% при комнатной температуре [32]
  • [110] Co 95 Fe 5 / Cu: δ H = 110% при комнатной температуре. [31]

Магнитосопротивление зависит от многих параметров, таких как геометрия устройства (CIP или CPP), его температура и толщина ферромагнитных и немагнитных слоев. При температуре 4,2 К и толщине слоев кобальта 1,5 нм увеличение толщины слоев меди d Cu с 1 до 10 нм уменьшало δ H с 80 до 10% в геометрии CIP. Между тем, в геометрии CPP максимум δ H (125%) наблюдался для d Cu = 2,5 нм, а увеличение d Cu до 10 нм уменьшало δ H до 60% колеблющимся образом. [33]

Когда сверхрешетка Co (1,2 нм) / Cu (1,1 нм) нагревается от почти нуля до 300 K, ее δ H уменьшается с 40 до 20% в геометрии CIP и со 100 до 55% в геометрии CPP. [34]

Немагнитные слои могут быть неметаллическими. Например, δ H до 40% было продемонстрировано для органических слоев при 11 К. [35] Графеновые спиновые клапаны различной конструкции показали δ H около 12% при 7 К и 10% при 300 К, что намного ниже теоретического предела 109%. [36]

Эффект GMR можно усилить с помощью спиновых фильтров, отбирающих электроны с определенной ориентацией спина; они сделаны из таких металлов, как кобальт. Для фильтра толщиной t изменение проводимости ΔG можно выразить как

где ΔG SV - изменение проводимости спинового клапана без фильтра, ΔG f - максимальное увеличение проводимости с фильтром, а β - параметр материала фильтра. [37]

Типы GMR [ править ]

GMR часто классифицируют по типу устройств, демонстрирующих эффект. [38]

Фильмы [ править ]

Антиферромагнитные сверхрешетки [ править ]

ГМС в пленках впервые наблюдали Ферт и Грюнберг при исследовании сверхрешеток, состоящих из ферромагнитных и немагнитных слоев. Толщина немагнитных слоев была выбрана такой, чтобы взаимодействие между слоями было антиферромагнитным, а намагниченность в соседних магнитных слоях была антипараллельной. Тогда внешнее магнитное поле могло бы сделать векторы намагниченности параллельными, тем самым влияя на электрическое сопротивление конструкции. [10]

Магнитные слои в таких структурах взаимодействуют посредством антиферромагнитной связи, что приводит к осциллирующей зависимости GMR от толщины немагнитного слоя. В первых датчиках магнитного поля, использующих антиферромагнитные сверхрешетки, поле насыщения было очень большим, до десятков тысяч эрстед , из-за сильного антиферромагнитного взаимодействия между их слоями (сделанными из хрома, железа или кобальта) и сильными полями анизотропии в них. . Поэтому чувствительность устройств была очень низкой. Использование пермаллоя для магнитных и серебра для немагнитных слоев снизило поле насыщения до десятков эрстед. [39]

Спиновые клапаны с использованием обменного смещения [ править ]

В наиболее удачных спиновых клапанах эффект GMR возникает из-за обменного смещения. Они состоят из чувствительного слоя, «фиксированного» слоя и антиферромагнитного слоя. Последний слой фиксирует направление намагниченности в «фиксированном» слое. Чувствительный и антиферромагнитный слои сделаны тонкими, чтобы уменьшить сопротивление конструкции. Клапан реагирует на внешнее магнитное поле, изменяя направление намагничивания в чувствительном слое относительно «неподвижного» слоя. [39]

Основным отличием этих спиновых клапанов от других многослойных устройств ГМС является монотонная зависимость амплитуды воздействия от толщины немагнитных слоев d N :

где δ H0 - нормировочная константа, λ N - длина свободного пробега электронов в немагнитном материале, d 0 - эффективная толщина, которая включает взаимодействие между слоями. [38] [40] Зависимость от толщины ферромагнитного слоя может быть представлена ​​как:

Параметры имеют то же значение, что и в предыдущем уравнении, но теперь они относятся к ферромагнитному слою. [31]

Невзаимодействующие многослойные (псевдоспиновые клапаны) [ править ]

ГМС можно наблюдать и в отсутствие антиферромагнитных слоев связи. В этом случае магнитосопротивление возникает из-за разницы в коэрцитивных силах (например, для пермаллоя оно меньше, чем для кобальта). В многослойных слоях, таких как пермаллой / Cu / Co / Cu, внешнее магнитное поле переключает направление намагниченности насыщения на параллельное в сильных полях и на антипараллельное в слабых полях. Такие системы обладают меньшим полем насыщения и большим значением δ H, чем сверхрешетки с антиферромагнитной связью. [39] Подобный эффект наблюдается в структурах Co / Cu. Существование этих структур означает, что GMR не требует межслойной связи и может происходить из распределения магнитных моментов, которым можно управлять с помощью внешнего поля. [41]

Обратный эффект GMR [ править ]

В обратном ГМС сопротивление минимально при антипараллельной ориентации намагниченности в слоях. Обратный ГМС наблюдается, когда магнитные слои состоят из разных материалов, таких как NiCr / Cu / Co / Cu. Удельное сопротивление электронов с противоположными спинами можно записать как ; он имеет разные значения, то есть разные коэффициенты β для электронов со спином вверх и вниз. Если слой NiCr не слишком тонкий, его вклад может превышать вклад слоя Co, что приводит к обратному GMR. [24] Обратите внимание, что инверсия GMR зависит от знака произведения коэффициентов β в соседних ферромагнитных слоях, но не от знаков отдельных коэффициентов. [34]

Обратный ГМС также наблюдается, если сплав NiCr заменяется никелем, легированным ванадием, но не при легировании никеля железом, кобальтом, марганцем, золотом или медью. [42]

GMR в зернистых структурах [ править ]

ГМС в гранулированных сплавах ферромагнитных и немагнитных металлов был открыт в 1992 году и впоследствии объяснен спин-зависимым рассеянием носителей заряда на поверхности и в объеме зерен. Зерна образуют ферромагнитные кластеры диаметром около 10 нм, погруженные в немагнитный металл, образуя своего рода сверхрешетку. Необходимым условием эффекта ГМС в таких структурах является плохая взаимная растворимость его компонентов (например, кобальта и меди). Их свойства сильно зависят от температуры измерения и отжига. Они также могут демонстрировать обратный GMR. [32] [43]

Приложения [ править ]

Датчики спин-клапана [ править ]

Общий принцип [ править ]

Копия датчика GMR, разработанного Петером Грюнбергом.

Одно из основных применений материалов GMR - датчики магнитного поля, например, в жестких дисках [25] и биосенсорах [31], а также в детекторах колебаний в MEMS. [31] Типичный датчик на основе GMR состоит из семи слоев:

  1. Силиконовая подложка,
  2. Связующий слой,
  3. Чувствительный (нефиксированный) слой,
  4. Немагнитный слой,
  5. Фиксированный слой,
  6. Антиферромагнитный (пиннинг) слой,
  7. Защитный слой.

Связующий и защитный слои часто изготавливаются из тантала , а типичным немагнитным материалом является медь. В чувствительном слое намагниченность может быть переориентирована внешним магнитным полем; он обычно изготавливается из сплавов NiFe или кобальта. FeMn или NiMn можно использовать в качестве антиферромагнитного слоя. Неподвижный слой изготовлен из магнитного материала, такого как кобальт. Такой датчик имеет асимметричную петлю гистерезиса из-за наличия магнитотвердого фиксированного слоя. [44] [45]

Спиновые клапаны могут проявлять анизотропное магнитосопротивление, что приводит к асимметрии кривой чувствительности. [46]

Жесткие диски [ править ]

В жестких дисках (HDD) информация кодируется с использованием магнитных доменов , и изменение направления их намагничивания связано с логическим уровнем 1, в то время как отсутствие изменений представляет собой логический 0. Существует два метода записи: продольный и перпендикулярный.

В продольном методе намагниченность перпендикулярна поверхности. Между доменами образуется переходная область (доменные стенки), в которой магнитное поле выходит из материала. Если доменная стенка расположена на границе двух доменов северного полюса, то поле направлено наружу, а для двух доменов южного полюса - внутрь. Чтобы считывать направление магнитного поля над доменной стенкой, направление намагничивания фиксируется перпендикулярно поверхности в антиферромагнитном слое и параллельно поверхности в чувствительном слое. Изменение направления внешнего магнитного поля отклоняет намагниченность в чувствительном слое. Когда поле стремится выровнять намагниченности в чувствительном и фиксированном слоях, электрическое сопротивление датчика уменьшается, и наоборот. [47]

Магнитное ОЗУ [ править ]

Использование спинового клапана в MRAM. 1: спиновой клапан как ячейка памяти (стрелки указывают на наличие ферромагнитных слоев), 2: строка строки, 3: строка столбца. Эллипсы со стрелками обозначают силовые линии магнитного поля вокруг строк и столбцов, когда через них протекает электрический ток.

Ячейка магниторезистивной оперативной памяти (MRAM) имеет структуру, аналогичную датчику спинового клапана. Значение сохраненных битов может быть закодировано через направление намагничивания в сенсорном слое; это считывается путем измерения сопротивления конструкции. Преимуществами этой технологии являются независимость от источника питания (информация сохраняется при отключении питания из-за потенциального барьера для переориентации намагниченности), низкое энергопотребление и высокая скорость. [25]

В типичном запоминающем устройстве на основе GMR структура CIP расположена между двумя проводами, ориентированными перпендикулярно друг другу. Эти проводники называются линиями строк и столбцов. Импульсы электрического тока, проходящие через линии, создают вихревое магнитное поле, которое влияет на структуру ГМС. Силовые линии имеют форму эллипсоида, а направление поля (по или против часовой стрелки) определяется направлением тока в линии. В структуре ГМС намагниченность ориентирована вдоль линии.

Направление поля, создаваемого линией колонны, почти параллельно магнитным моментам, и оно не может их переориентировать. Линия ряда перпендикулярна и независимо от величины поля может повернуть намагниченность всего на 90 °. При одновременном прохождении импульсов по строкам и столбцам полное магнитное поле в месте расположения ГМС-структуры будет направлено под острым углом к ​​одной точке и тупым углом к ​​другим. Если значение поля превышает какое-то критическое значение, последнее меняет свое направление.

Для описываемой ячейки существует несколько способов хранения и чтения. В одном методе информация хранится в чувствительном слое; он считывается при измерении сопротивления и стирается при считывании. В другой схеме информация хранится в фиксированном слое, для чего требуются более высокие токи записи по сравнению с токами чтения. [48]

Туннельное магнитосопротивление (TMR) - это расширение спинового клапана GMR, в котором электроны перемещаются со своими спинами, ориентированными перпендикулярно слоям, через тонкий изолирующий туннельный барьер (заменяющий неферромагнитную прокладку). Это позволяет достичь большего импеданса, большего значения магнитосопротивления (~ 10x при комнатной температуре) и незначительной температурной зависимости. TMR теперь заменил GMR в MRAM и дисковых накопителях , в частности, для высокой плотности площади и перпендикулярной записи. [49]

Другие приложения [ править ]

Магниторезистивные изоляторы для бесконтактной передачи сигналов между двумя электрически изолированными частями электрических цепей были впервые продемонстрированы в 1997 году в качестве альтернативы оптоизоляторам . Мост Уитстона из четырех идентичных устройств GMR нечувствителен к однородному магнитному полю и реагирует только тогда , когда направления полей антипараллельны в соседних плечах моста. Такие устройства появились в 2003 году и могут использоваться как выпрямители с линейной частотной характеристикой. [31]

Заметки [ править ]

  1. ^ Эта схема не включает гистерезис, потому что форма ее петли в сверхрешетках сильно зависит от толщины немагнитного слоя d. Ферт наблюдал четкий гистерезис с полем насыщения ~ 4 кГс и остаточной намагниченностью 60% от значения насыщения при d Cu = 1,8 нм. Когда d Cu был уменьшен до 0,9 нм, GMR достиг максимума, но петля гистерезиса схлопнулась; поле насыщения увеличилось до 20 кГс, но остаточное поле было очень маленьким. ( Байбич и др., 1988 )

Цитаты [ править ]

  1. ^ Reig, Кардосо и Mukhopadhyay 2013 .
  2. Перейти ↑ Nagaev, EL (1996). «Манганиты лантана и другие магнитопроводы с гигантским магнитосопротивлением». Успехи советской физики . 166 (8): 833–858. DOI : 10.3367 / UFNr.0166.199608b.0833 .
  3. ^ Raveau, B .; Рао, CNR, ред. (1998). Колоссальное магнитосопротивление, порядок заряда и связанные свойства оксидов марганца . World Scientific Publishing Co., стр. 2. ISBN 978-981-02-3276-4.
  4. ^ Hirota, E .; Иномата, К. (2002a). Гигантские устройства магниторезистивного действия . Springer. п. 30. ISBN 978-3-540-41819-1.
  5. ↑ Никитин, С.А. (2004). «Гигантское магнитосопротивление» (PDF) . Соросовский обозревательный журнал . 8 (2): 92–98. [ постоянная мертвая ссылка ]
  6. ^ Пиппард, Альфред Брайан (2009). Магнитосопротивление в металлах . Кембриджские исследования по физике низких температур. Том 2. Издательство Кембриджского университета. п. 8. ISBN 978-052111880-4. |volume= has extra text (help)
  7. ^ a b c d e f g Шапперт, Клод; Ферт, Альберт; Нгуен Ван Дау, Фредерик (2007). «Появление спиновой электроники в хранении данных». Материалы природы . 6 (11): 813–823. Bibcode : 2007NatMa ... 6..813C . DOI : 10.1038 / nmat2024 . PMID 17972936 . 
  8. ^ Hirota, E .; Иномата, К. (2002b). Гигантские устройства магниторезистивного действия . Springer. п. 23. ISBN 978-3-540-41819-1.
  9. ^ a b c d Binasch, G .; Грюнберг; Зауренбах; Зинн (1989). «Повышенное магнитосопротивление в слоистых магнитных структурах с антиферромагнитным межслоевым обменом» . Physical Review B . 39 (7): 4828–4830. Bibcode : 1989PhRvB..39.4828B . DOI : 10.1103 / PhysRevB.39.4828 . PMID 9948867 . 
  10. ^ Б с д е е Baibich и др. 1988 .
  11. ^ "Нобелевская премия по физике 2007" . Нобелевский фонд . Архивировано из оригинального 5 -го августа 2011 года . Проверено 27 февраля 2011 года .
  12. ^ Зейтц, Фредерик; Тернбулл, Дэвид (1957). Достижения в исследованиях и приложениях . Физика твердого тела. Том 5. Академическая пресса. п. 31. ISBN 978-012607705-6. |volume= has extra text (help)
  13. ^ Aboaf, JA (9 октября 1984). «Новые магниторезистивные материалы» . Патент США 4476454 . Проверено 11 апреля 2011 года .
  14. ^ а б Ферт, А. (2008a). «Нобелевская лекция: происхождение, развитие и будущее спинтроники *» . Ред. Мод. Phys . 80 (4): 1517–1530. Bibcode : 2008RvMP ... 80.1517F . DOI : 10.1103 / RevModPhys.80.1517 . Ферт, А. (2008b). «Зарождение, развитие и будущее спинтроники». Успехи советской физики . 178 (12): 1336–1348. DOI : 10.3367 / UFNr.0178.200812f.1336 .(Отпечатки Нобелевской лекции 2007 г. от 8 декабря 2007 г.
  15. ^ Цымбал & Pettifor 2001 , стр. 120.
  16. ^ Camley, RE; Барнась, J. (1989). «Теория эффектов гигантского магнитосопротивления в магнитных слоистых структурах с антиферромагнитной связью». Phys. Rev. Lett . 63 (6): 664–667. Bibcode : 1989PhRvL..63..664C . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.63.664 . PMID 10041140 . 
  17. ^ Ферт, Альберт; Леви, Питер М .; Чжан, Шуфэн (1990). «Электропроводность магнитных многослойных структур». Phys. Rev. Lett . 65 (13): 1643–1646. Bibcode : 1990PhRvL..65.1643L . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.65.1643 . PMID 10042322 . 
  18. ^ a b Valet, T .; Ферт, А. (1993). «Теория перпендикулярного магнитосопротивления в магнитных мультислоях». Physical Review B . 48 (10): 7099–7113. Bibcode : 1993PhRvB..48.7099V . DOI : 10.1103 / PhysRevB.48.7099 . PMID 10006879 . 
  19. ^ Nagasaka, К. (30 июня 2005). «Технология CPP-GMR для будущей магнитной записи высокой плотности» (PDF) . Fujitsu . Архивировано из оригинального (PDF) 6 августа 2008 года . Проверено 11 апреля 2011 года .
  20. Перейти ↑ Shinjo 2009 .
  21. ^ Buschow 2005 , стр. 580.
  22. ^ Цымбал & Pettifor 2001 , стр. 122.
  23. ^ Цымбал & Pettifor 2001 , стр. 126-132.
  24. ^ a b Бушоу 2005 , стр. 254.
  25. ^ a b c d Хвалковский, А.В. Гигантское магнитосопротивление: от открытия до Нобелевской программы . AMT & C. Архивировано из оригинала 8 января 2015 года . Проверено 27 февраля 2011 года .
  26. ^ Басс, J .; Пратт, WP (1999b). «Перпендикулярное току (CPP) магнитосопротивление в магнитных металлических многослойных слоях». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 200 (1–3): 274–289. Bibcode : 1999JMMM..200..274B . DOI : 10.1016 / S0304-8853 (99) 00316-9 .
  27. ↑ Третьяк, Львов и Барабанов 2002 , с. 243.
  28. ^ Третьяк, Львы и Барабаны 2002 , стр. 258-261, 247-248.
  29. ^ Stöhr, J .; Зигманн, ХК (2006a). Магнетизм: от основ до наномасштабной динамики . Springer-Verlag Berlin Heidelberg. п. 641. ISBN. 978-354030282-7.
  30. ^ Stöhr, J .; Зигманн, ХК (2006b). Магнетизм: от основ до наномасштабной динамики . Springer-Verlag Berlin Heidelberg. С. 648–649. ISBN 978-354030282-7.
  31. ^ Б с д е е Coehoorn, R. (2003). "Новые магнитоэлектронные материалы и устройства" (PDF) . Гигантское магнитосопротивление и магнитные взаимодействия в спиновых клапанах с обменным смещением. Конспект лекций . Технический университет Эйндховена. Архивировано из оригинального (PDF) 24 июля 2011 года . Проверено 25 апреля 2011 года .
  32. ^ а б Грановский А.Б .; Илин, М .; Жуков, А .; Жукова, В .; Гонсалес, Дж. (2011). «Гигантское магнитосопротивление гранулированных микропроводов: спин-зависимое рассеяние в интегральных прокладках» (PDF) . Физика твердого тела . 53 (2): 320–322. Bibcode : 2011PhSS ... 53..320G . DOI : 10,1134 / S1063783411020107 . S2CID 119767942 .  
  33. ^ Buschow 2005 , стр. 248.
  34. ^ a b Bass, J .; Пратт, WP (1999a). «Перпендикулярное току (CPP) магнитосопротивление в магнитных металлических многослойных слоях». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 200 (1–3): 274–289. Bibcode : 1999JMMM..200..274B . DOI : 10.1016 / S0304-8853 (99) 00316-9 .
  35. ^ Солнце, Дали; Инь, L; Вс, ц; Guo, H; Gai, Z; Чжан, XG; Уорд, Т.З .; Cheng, Z; Шен, Дж. (2010). «Гигантское магнитосопротивление в органических спиновых клапанах» . Письма с физическим обзором . 104 (23): 236602. Bibcode : 2010PhRvL.104w6602S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.104.236602 . PMID 20867259 . 
  36. ^ Цинь, Руи; Лу, Цзин; Лай, Линь; Чжоу, Цзин; Ли, Хун; Лю, Цихан; Ло, Гуанфу; Чжао, Лина; Гао, Чжэнсян; Мэй, Вай Нин; Ли, Гуанпин (2010). «Гигантское магнитосопротивление при комнатной температуре более одного миллиарда процентов в устройстве с голой графеновой нанолентой». Phys. Rev. B . 81 (23): 233403. Bibcode : 2010PhRvB..81w3403Q . DOI : 10.1103 / PhysRevB.81.233403 .
  37. ^ Бланд, JAC; Генрих Б., ред. (2005). Ультратонкие магнитные структуры . Применение наномагнетизма. IV . Springer. С. 161–163. ISBN 978-3-540-21954-5.
  38. ^ a b Цымбал, Евгений. «Структуры GMR» . Университет Небраски-Линкольн. Архивировано из оригинального 12 декабря 2012 года . Проверено 11 апреля 2011 года .
  39. ^ a b c Налва, Хари Сингх (2002a). Справочник по тонкопленочным материалам: наноматериалы и магнитные тонкие пленки . Том 5. Академическая пресса. С. 518–519. ISBN 978-012512908-4. |volume= has extra text (help)
  40. ^ Nalwa, Хари Сингх (2002b). Справочник по тонкопленочным материалам: наноматериалы и магнитные тонкие пленки . Том 5. Академическая пресса. С. 519, 525–526. ISBN 978-012512908-4. |volume= has extra text (help)
  41. Перейти ↑ Pu, FC (1996). Shang, CH; Ван, YJ (ред.). Аспекты современного магнетизма: Лекция Записки восьмой Китайской международной летней школы физики Пекин, Китай 28 августа-7 сентября 1995 года . World Scientific. п. 122. ISBN 978-981022601-5.
  42. ^ Гимарайнш, Альберто П. (2009). Принципы наномагнетизма . Springer. п. 132. ISBN 978-3-642-01481-9.
  43. ^ "Магнитные домены в зернистых материалах GMR" . Национальный институт стандартов и технологий. Архивировано из оригинального 12 августа 2011 года . Проверено 12 марта 2011 года .
  44. ^ Wormington, Мэтью; Браун, Эллиот (2001). Исследование спин-клапанных структур с гигантским магнитосопротивлением (GMR) с использованием дифракции рентгеновских лучей и отражательной способности (PDF) . Достижения в рентгеновском анализе - материалы рентгеновских конференций в Денвере. Том 44. Международный центр дифракционных данных. С. 290–294. Архивировано из оригинального (PDF) 5 сентября 2014 года. |volume= has extra text (help)
  45. ^ Додрил, Британская Колумбия; Келли, Б.Дж. "Магнитная поточная метрология для датчиков GMR с вращающимся клапаном" (PDF) . Лейк-Шор Криотроника. Архивировано из оригинального (PDF) 5 января 2011 года . Проверено 12 марта 2011 года .
  46. Перейти ↑ Hartmann, U., ed. (2000). Магнитные многослои и гигантское магнитосопротивление . Серия Спрингера по наукам о поверхности. Том 37. Спрингер. п. 111. ISBN 978-3-540-65568-8. |volume= has extra text (help)
  47. ↑ Третьяк, Львов, Барабанов, 2002 , с. 285–286.
  48. ↑ Третьяк, Львов, Барабанов, 2002 , с. 289–291.
  49. ^ Зайцев, ДД «Магнетосопротивление, Туннельное» . Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов . Роснано. Архивировано из оригинального 23 декабря 2011 года . Проверено 11 апреля 2011 года .

Библиография [ править ]

  • Байбич, М.Н. Broto, JM; Fert, A .; Nguyen Van Dau, F .; Петров, Ф .; Etienne, P .; Creuzet, G .; Friederich, A .; Хазелас Дж. (1988). «Гигантское магнитосопротивление магнитных сверхрешеток (001) Fe / (001) Cr» (PDF) . Письма с физическим обзором . 61 (21): 2472–2475. Bibcode : 1988PhRvL..61.2472B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.61.2472 . PMID  10039127 . Архивировано из оригинального (PDF) 21 января 2014 года.
  • Бушоу, KHJ (2005). Краткая энциклопедия магнитных и сверхпроводящих материалов (2-е изд.). Эльзевир. ISBN 978-008044586-1.
  • Рейг, откровенный; Кардосо, Сусана; Мукхопадхьяй, Субхас Чандра (2013). Датчики гигантского магнитосопротивления (GMR) - от основы до современных приложений . Springer. DOI : 10.1007 / 978-3-642-37172-1 . ISBN 978-3-642-37171-4.
  • Синдзё, Теруя (29 июня 2009 г.). Наномагнетизм и спинтроника . Эльзевир. ISBN 978-008093216-3.
  • Третьяк, О.В. Львов, ВА; Барабанов, О.В. (2002). Физические основы спінової электроники[ Физические основы спиновой электроники ] (на укр. Киевский университет . ISBN 966-594-323-5.
  • Цымбал, EY; Петтифор, Д.Г. (2001). «Перспективы гигантского магнитосопротивления». В Спапене, Франс; Зейтц, Фредерик; Тернбулл, Дэвид; Эренрайх, Генри (ред.). Физика твердого тела . Физика твердого тела: достижения в исследованиях и приложениях. Том 56. Academic Press. ISBN 978-012607756-8. |volume= has extra text (help)

Внешние ссылки [ править ]

  • Гигантское магнитосопротивление: действительно большая идея, лежащая в основе крошечного инструмента Национальная лаборатория сильных магнитных полей
  • Презентация GMR-техники (IBM Research)