Nanomeeting

 
 

Вход

Личные сообщения

Вы не авторизованы.

RSS-лента

 Хотите первыми получать новости с сайта NanoPlatfom.by? Это очень просто. Подпишитесь на RSS ленту. 

Подписаться на новости NanoPlatform.By

Литература

Министерство образования Республики Беларусь Nanomeeting - 2011 Микроэлектроника

Ссылки

Министерство образования Республики Беларусь Nanomeeting - internatiol conference Национальная академия наук Беларуси Государственный комитет по науке и технологиям ВАК - Высшая аттестационная комиссия

Возбуждение колебаний намагниченности в наноструктурах потоком электронов с планарной спиновой поляризацией

Протекание электрического тока через слоистую наноструктуру ферромагнетик/немагнитный металл (диамагнетик)/ферромагнетик перпендикулярно плоскости структуры может влиять на намагниченность ферромагнитного слоя. Данный эффект называется квантово-механическим эффектом переноса спина и был предсказан Слончевским и Берже. В зависимости от параметров наноструктуры эффект переноса спина может приводить как к изменению направления намагниченности из одного стационарного состояния в другое, так и к генерации устойчивых колебаний намагниченности (автоколебательный режим). Следовательно, эффект может быть использован для создания элементов магнитной памяти (STT‑RAM) или наноразмерных генераторов микроволнового излучения с управляемой током частотой (STNO).

Экспериментально колебания намагниченности вызывали при пропускании постоянного тока и только во внешнем магнитном поле величиной 1 кЭ и больше. Ось лёгкого намагничивания(ОЛН) свободного слоя и направление намагниченности закрепленного слоя были параллельны друг другу и лежали в плоскости структуры. В этом случае ток имеет планарную спиновую поляризацию. Более поздние численные расчеты показали, что возбуждение колебаний намагниченности постоянным током возможно также без приложения какого-либо внешнего магнитного поля в следующих случаях: 1) когда свободный слой имеет вихревое магнитное состояние; 2) когда намагниченность закрепленного слоя перпендикулярна плоскости структуры (перпендикулярный плоскости поляризатор); 3) когда ОЛН свободного слоя и направление намагниченности закрепленного слоя лежат в плоскости структуры и перпендикулярны друг другу. Но пороговая плотность тока для структуры Co/Cu/Co слишком велика для практического применения (более чем 108 А/см2) вследствие большой магнитокристаллической анизотропии кобальта. В настоящей работе мы используем аморфный ферромагнитный компаунд (Co35Fe65)85B15 с одноосной магнитной анизотропией, что позволяет уменьшить требуемую плотность тока до ~ 105 А/см2. Влияние плотности тока, параметра магнитного затухания и размагничивающего поля было также исследовано.

Исследуемая наноструктура представляет собой АФ/Ф1/ДМ/Ф2. Она состоит из двух ферромагнитных слоев Ф1 и Ф2, разделенных тонким (~2 нм) слоем диамагнитного металла (ДМ), сохраняющим спиновую поляризацию электронов и служащим для уменьшения обменного взаимодействия между ферромагнитными слоями. Направление намагниченности ферромагнитного слоя Ф1 закреплено посредством антиферромагнитного слоя (АФ). Ферромагнитный слой Ф2 имеет свободное направления намагниченности и такие размеры, чтобы поддерживать однодоменное магнитное состояние. Поток электронов, движущийся из закрепленного слоя в свободный слой имеет некоторую спиновую поляризацию. Динамика изменения направления намагниченности свободного слоя Ф2 под действием поляризованного по спину тока исследуется в приближении макроспина (когерентного вращения магнитных моментов) с использованием уравнения Ландау-Лифшица-Гильберта-Слонческого-Берже.

Мы использовали (Co35Fe65)85B15 в качестве материала обоих Ф1 и Ф2 слоев. Cлой Ф1 имел толщину d = 2 нм и диаметр 200 нм. Система координат была выбрана таким образом, чтобы ось zбыла перпендикулярна плоскости структуры. Пусть направление намагниченности sзакрепленного слоя будет параллельно оси х, и пусть ОЛН слоя Ф1 будет параллельна оси у.

Результаты моделирования показывают, что автоколебательный режим появляется в структуре при пропускании постоянного тока без какого-либо внешнего магнитного поля. Пример колебаний намагниченности свободного слоя при значении параметра магнитной диссипации α = 0,002 и J = 0,027 (что соответствует j = 1,2×107 A/см2) представлен на рис. 1a. Режим колебаний является стабильным и периодическим, а вектор намагниченности совершает прецессию вокруг оси у на частоте около 0,62 ГГц.

Мы также исследовали, как эффективный размагничивающий фактор Nz' влияет на пороговую плотность тока (Jth), которая необходима для генерации устойчивыхколебаний намагниченности (рис. 1b). В случае, когда α = 0,02 эта зависимость близка к линейной. Если α = 0,002, зависимость имеет минимум J » 2×104 (что соответствует j = 8,8×104 A/см2) при Nz' » 0,5.

Рисунок 1 – Спектр колебаний намагниченности CoFeBслоя при J = 0,027, α = 0,002, Nz' = 0,277: на левой вставке – временная зависимости компоненты mx, на правой вставке – траектория в плоскости (mx,mz) (a); зависимость пороговой плотности тока от эффективного размагничивающего фактора Nz':J(1)thпри α = 0,02 и J(2)thпри α = 0,002 (b).

 

На рис. 2а показана зависимость пиковой частоты колебаний (максимум на спектре) от плотности тока для нескольких значений α. Во всех случаях частота колебаний уменьшается с увеличением плотности тока. При J > 0,035, направление намагниченности переключается из одного стационарного состояния в другое.

На рис. 2b показана зависимость пиковой частоты колебаний от параметра магнитной диссипации. В целом, частота колебаний увеличивается с ростом величины параметра α. Немонотонный характер этой зависимости обусловлен тем, что динамика намагниченности является нелинейной и в спектре могут присутствовать несколько частотных пиков.

Рисунок 2 – Зависимости частоты колебаний от величины J (которая пропорциональна плотности тока)(a); зависимости частоты колебаний от параметра магнитной диссипации α(b).

Таким образом, было показано, что, если ОЛН свободного слоя перпендикулярна направлению намагниченности закрепленного слоя, возникают устойчивые колебания намагниченности в частотном диапазоне 0,2-2 ГГц вследствие эффекта переноса спина в широком диапазоне значений плотности тока и параметра магнитной диссипации. Для CoFeB слоя, наименьшая пороговая плотность тока (j » 105 A/см2) достигается при малых значениях параметра магнитной диссипации (α » 0,002).

 

 

Сайт сделан в Центре Наноэлектроники и Новых Материалов, НИЧ БГУИР, по заказу Министерства Образования РБ.