Отзыв первого оппонента (Физические принципы магниторезистивной памяти с записью электрическим полем на основе нанослоя феррита висмута)

ОТЗЫВофициального оппонента на диссертацию Винокурова Дмитрия Леонидовичана тему «Физические принципы магниторезистивной памяти с записьюэлектрическим полем на основе нанослоя феррита висмута»,представленную на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукпо специальности 05.27.01 – Твердотельная электроника, радиоэлектронныекомпоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектахИдеиприменениймагнитоэлектрическогоэффектавустройствахкомпьютерной памяти появились сразу после открытия эффекта в серединепрошлого столетия, но первые попытки его внедрения натолкнулись на множествопрепятствий: снижение величины эффекта при увеличении температуры докомнатной, малая или полностью отсутствующая спонтанная намагниченностьмагнитоэлектрических материалов, потери за счет их конечного электрическогосопротивления.

К настоящему временипредлагаемая конструкция прототиповячеек памяти представляет собой сложные гетероструктуры со множеством слоев,связанных друг с другом, как механически, так и посредством обменноговзаимодействия.Наиболее перспективными в практическом плане являются гетероструктуры снанослоями феррита висмута, исследованию физических принципов которых ипосвящена данная диссертация. Несмотря на появляющиеся в печати сообщения обуспешнойреализациитоймагнитоэлектрическойилипамятиинойсхемыпроизвольногопрототипадоступаячейки(MERAM),систематического анализа взаимодействия между слоями наногетероструктуры, атакже оптимизации ее параметров и геометрии до сих пор не проводилось.Таким образом, теоретическое исследование механизма взаимодействиямежду слоем хранения информации и электрочувствительным слоем, а такжетеоретическое обоснование путей создания магниторезистивной памяти с записьюэлектрическимполем,заявленныеактуальнымизадачами.Ввдиссертационнойдиссертацииработе,сформулированыявляютсятеоретическиерекомендации для разработчиков технологии устройств MERAM: оптимальныеварианты кристаллической ориентации слоя мультиферроика и подложки, ихмеханические напряжения расположение электродов и другие параметры.

Этообуславливает практическую значимость полученных результатов.Целиизадачиработычеткосформулированы,еетекстхорошоструктурирован, содержание разбито на главы, следующие в логическойпоследовательности друг за другом.Диссертационная работа Д.Л. Винокурова изложена на 129 страницах, состоитиз введения, шести глав, заключения и списка литературы из 117 наименований. Вовведении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи, данократкое описание методов исследования, обоснованы научная новизна, научнопрактическая значимость и достоверность полученных результатов, представленаинформация об апробации работы, личном вкладе автора и его публикациях. Впервойглаведиссертантомданобзорсовременногосостояниямагниторезистивной памяти, проведен анализ ее преимуществ и недостатков посравнению с представленными на рынке аналогами, относящимися к другим видамтвердотельной памяти.

Основной объем обзора составляет описание результатовуже опубликованных работ по проблеме гетероструктур на основе пленок ферритависмута. Особо стоит отметить приведенное в обзоре подробное рассмотрениемежслойного взаимодействия на поверхностях раздела сред, с учетом несколькихмеханизмов (упругого и обменного взаимодействий, а также зарядового эффекта),их относительной силы и глубины проникновения в толщу материала. Следующиедвеглавыпредставляютпоследовательныйанализвзаимодействийврассматриваемой структуре: природы бистабильности в магнитном слое и условийего существования (вторая глава), влияния поверхности на магнитное состояниеантиферромагнетика со слабым ферромагнетизмом (третья глава), упругого иобменного взаимодействий слоев (четвертая и пятая главы).

В шестой главеанализируется эволюция параметров порядка в процессе переключения, а такжепредложены оптимальные схемы прототипов ячеек MERAM.В заключениисформулированы основные результаты работы.К научной новизне диссертации можно отнести, в частности, представленноев работе детальное теоретическое описание влияния поверхности на скосподрешеток двухподрешеточного антиферромагнетика вследствие взаимодействияДзялошинского-Мории.

Также автором сформулировано условие переключениямагнитного параметра порядка в слое записи под действием электрического поляприложенного к слою мультиферроика, найдены ограничения на толщинумагнитного слоя как сверху, так и снизу. Полученные диссертантом результатыпозволили ему предложить перспективные для применений в MERAM новыеварианты дизайна слоев в наногетероструктурах.Важным результатом диссертации является также доказательство того факта,что наличие слабого ферромагнетизма и линейного магнитоэлектрическогоэффекта не является необходимым условием для реализации магниторезистивнойпамяти с электрическим управлением на основе мультиферроика.

Довольно многоусилий различных научных групп было потрачено на то, чтобы увеличить слабыйферромагнитный момент феррита висмута, в то время как более полноепредставление оприроде механизмов переключения магнитоэлектрическихмагниторезистивных элементов позволило бы сэкономить время разработчиковэтого вида памяти. Согласно публикации 2017 года [T. Kosub et al, Nature Comm, 8,13985 (2017)], доказана возможность реализации чисто антиферромагнитнойпамяти,приминимальномколичествеслоев,чтоявляетсялогическимпродолжением намеченной в диссертации тенденции к упрощению устройства иотсеканию лишних сущностей.Обоснованность результатов, полученных соискателем,следует изсогласованности результатов численного моделирования с аналитическимирешениями, а также из согласованности теоретических выводов диссертации сэкспериментальнымирезультатами,опубликованнымидругимиисследовательскими группами в научной периодике.Результаты, представленные в диссертации, полностью отражены впубликациях в реферируемых научных журналах (7 статей в журналах из спискаВАК), а также прошли апробацию на международных конференциях.Вместе с тем, необходимо отметить, что диссертационная работа Д.Л.Винокурова не свободна от ряда недостатков:1.В литературном обзоре диссертационной работы Рис.

1.1, 1.2, 1.8-1.13приведены без ссылок на первоисточники.2.На с. 30 и далее в третьей главе в п.3.1 и п.3.2 рассматриваютсягладкие поверхности. Стоило бы отметить, что в случае магнитоэлектриковтребование атомарной гладкости становится необязательным по симметрийнымсоображениям [Nature Materials 9, 579–585 (2010)].3.В третьей главе на с.

57 ведется обсуждение осциллирующейзависимости угла скоса подрешеток от расстояния до поверхности. Здесь был быполезен рисунок с графиком зависимости.4.В пятой главе на с. 92 рассмотрено два вида согласования решетокперовскита и шпинели.

Хотелось бы увидеть рассмотрение, приближенное креальной практике гетероэпитаксии, будет ли иметь место смачивание одногоматериала поверхностью другого? См., например, [Nano Letters, Vol. 6, No. 7, p.1401 (2006);]).5.В шестой главе на с. 111 в таблице для среза кристалла (110) в шестойстрочке можно видеть, что антиферромагнитный вектор не меняется, аферромагнитный поворачивается. Механизм переориентации скоса подрешеток, повсей видимости, отличается от других случаев, рассмотренных в таблице, но непояснен отдельно.6.При анализе оптимальных срезов и геометрий ячейки в шестой главетакже следует учитывать совместимость предлагаемого расположения электродов спланарной технологией.

Предпочтительнее электроды, лежащие в плоскостипленки.7.Следует отметить небольшие неточности в обозначениях: на странице31 ориентация плоскости обозначена индексами в квадратных скобках, а некруглых, как принято.8.Хотя в работе практически нет грамматических ошибок, все жеприсутствует одна стилистическая погрешность: "срок службы битов" на с.16, атакже одна опечатка на с. 53: «ограничение … на латеральный размерах".Сделанные замечания, большая часть из которых носит характер пожеланийили редакторской правки, нисколько не снижают общей высокой оценки работы. Вцелом, работа представляется актуальной, выполненной на достаточно высокомнаучном уровне..