Диссертация (Магнитоэлектрические свойства доменных границ в пленках ферритов гранатов), страница 13

Для создания электростатического поля94требуемой напряженности необходима разность потенциалов 0 = 30 В, тогдаэнергия переключения равна = 02 /2 ∼ 2.3 × 10−10 Дж. Величина может быть существенно уменьшена путем подбора материала с более сильным неоднородным магнитоэлектрическим взаимодействием.

В устройствах,в которых реализуется полевой принцип управления, отсутствуют постоянныетоки, однако имеются токи перезарядки, которые описываются следующейформулой: = × = × (3.11)В устройстве DWRAM при указанных размерах ячейки ∼ 3 × 10−18 Ф, = 30 В для ∼ 10 ГГц сила тока составит ∼ 0.9 мкА, а плотность тока∼ 9 кА/см2 , что на несколько порядков ниже, чем в существующих устройствах MRAM. В таблице ниже приведены характеристики различных типовустройств памяти и оценки характеристик ячейки, использующей электроиндуцированное перемещение доменной границы (DWRAM).3.5Выводы из главы 3В данной главе изложены результаты численного моделирования микромагнитной структуры доменных границ в пленках ферритов гранатов скристаллографической ориентацией (210), учитывающего неоднородное магнитоэлектрическое взаимодействие.

Для расчетов использовался динамический подход, основанный на интегрировании уравнения Ландау-ЛифшицаГильберта. Ниже приведены основные полученные результаты.∙ Установлено, что сложный характер анизотропии в пленках феррита граната с кристаллографической ориентацией (210) приводит к возникновению в структуре границы неелевской компоненты и связанного с нейэлектрического дипольного момента.95∙ В модели пленки феррита граната (210) наличие спонтанной поляризации, направленной вдоль нормали к пленке, приводит к тому, что вседоменные границы в материале имеют одинаковое направление разворота намагниченности (в модели такая особенность проявляется для значений диапазоне напряженности электрического поля ∼ 0.1 − 0.8МВ/см).∙ Наблюдаемая в модели зависимость -компоненты электрической поляризации ДГ от напряженности магнитного поля качественно согласуется с результатами экспериментальных исследований.

Характер зависимости напряженности поля переключения киральности границы отвеличины спонтанной поляризации согласуется с оценками, сделаннымиранее [86].Также в данной главе была рассмотрена численная модель запоминающейячейки, управление логическим состоянием которой основано на эффекте движения магнитоэлектрических доменных границ. Были оценены техническиепараметры, важные для данного класса устройств. Сравнение этих параметровс характеристиками элементов памяти, принцип управления которыми основан на других физических механизмах, позволяет говорить о перспективностиразработки подобных устройств (см. таблицу устройств памяти 3.2, дополненную параметрами DWRAM).9697300ДаDWRAM10920ДаPRAMТехнология ориентирована на трехмерную организацию модуля памяти вместо традиционной двухмернойГарантированное количество циклов считывания/записи на одну ячейкуТаблица 3.2: Сравнение DWRAM с другими технологиями построения устройств памяти2/130/5010 − 32/10 − 32*10Да35/35Racetrack180ДаMRAM60/905/10130ДаFeRAM2300.10.10.1700.030.0150/1039015ДаFlash551/1Да30НетSRAM (65 нм)10/10STT-MRAM30Нет> 10151010> 1015> 1015> 1015101210510161016Энергонезависимость Размер ячейки, нм Время считывания/записи, нс Энергия записи, пДж Надежность9DRAM (65 нм)Тип памятиЗАКЛЮЧЕНИЕ1.

Выявленные в эксперименте особенности движения доменных границв пленках ферритов гранатов под действием электрического поля (смещение ДГ под действием поля зонда-иглы, поворот плоскости ДГ в поле полоскового электрода, наблюдаемый в эксперименте, как уширениеизображения границы, а также изменение величины и направления электроиндуцированного смещения ДГ, помещенной во внешнее магнитноеполе) подтверждают гипотезу о том, что в исследуемых образцах присутствует неоднородное магнитоэлектрическое взаимодействие, и позволяют говорить о том, что доменные границы обладают электрическойполяризацией. Предложено объяснение данной совокупности явлений,заключающееся в том, что величина поляризации ДГ связана с её микромагнитной структурой, а именно с проекцией компоненты намагниченности на нормаль к плоскости границы (неелевская составляющаяДГ).2.

Однородное магнитное поле, перпендикулярное направлению доменнойструктуры пленки феррита граната и имеющее сравнительно небольшую напряженность (|| ∼ 100 Э), способно увеличить неелевскуюсоставляющую границы и изменить направление вращения вектора намагниченности в границе на противоположное. В таком магнитном полеудалось добиться обратимых смещения ДГ на расстояние 10 ± 2 мкмпри напряжении на зонде равном 1500 В. Скорость движения границ вэтих условиях, оцененная по результатам динамических измерений, составляет ∼ 30 м/c – эта величина примерно на порядок больше скоростидвижения ДГ в отсутствие магнитного поля.983.

Микромагнитное моделирование показало, что предложенное объяснение, основанное на неоднородном магнитоэлектрическом эффекте, качественно согласуется с экспериментом, а причиной смены направленияэлектроиндуцированного движения ДГ в магнитном поле является сменанаправления разворота намагниченности в границах, которая приводитк инверсии электрической поляризации.4.

При помощи численного моделирования исследована возможность создания ячейки памяти, основанной на эффекте движения доменных границ в электрическом поле. Оценки основных технических характеристик такого устройства позволяют говорить о перспективности его разработки.Автор выражает искреннюю благодарность коллективу лаборатории заценные советы и помощь при проведении работы: А. С. Логгинову , А. П. Пятакову, А.

В. Николаеву, Е. П. Николаевой, Б. Ю. Терлецкому, Т. Б. Косых,З. А. Пятаковой, Г. А. Мешкову, О. В. Павленко, А. С. Сергееву, А. М. Власову.99СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Ферт А. Происхождение, развитие и перспективы спинтроники // Успехифизических наук. 2008. Т. 178, № 12. С.

1336.2. Coehoorn R. Giant magnetoresistance and magnetic interactions inexchange-biased spin-valves // Handbook of Magnetic Materials / Ed. byK. H. J. Buschow. Elsevier, 2003. Vol. 15 of Handbook of Magnetic Materials. P. 1–197.3. Wolf S. A., Lu J., Stan M. R. et al.

The Promise of Nanomagnetics and Spintronics for Future Logic and Universal Memory // Proceedings of the IEEE.2010. Vol. 98, no. 12. P. 2155–2168.4. Akerman J. Applied physics. Toward a universal memory. // Science (NewYork, N.Y.). 2005. Vol. 308, no. 5721. P. 508–10.5. Zeng D. G., Lee K.-I., Chung K.-W. et al. Giant magnetoresistance effectson electromigration characteristics in spin valve read sensors during retrievingoperation // Journal of Physics D: Applied Physics. 2012. Vol. 45, no.

19.P. 195002.6. Fiebig M. Revival of the magnetoelectric effect // Journal of Physics D: Applied Physics. 2005. Vol. 38, no. 8. P. R123.7. Nan C.-W., Bichurin M. I., Dong S. et al. Multiferroic magnetoelectric composites: Historical perspective, status, and future directions // Journal of AppliedPhysics. 2008. Vol. 103, no.

3. P. 031101.8. Zheng H., Wang J., Lofland S. E. et al. Multiferroic 3 − 2 4Nanostructures // Science. 2004. Vol. 303, no. January. P. 661–663.1009. Sparavigna A., Strigazzi A., Zvezdin A. Electric-field effects on the spindensity wave in magnetic ferroelectrics // Phys. Rev. B. 1994.

Aug. Vol. 50.P. 2953–2957.10. Mostovoy M. Ferroelectricity in Spiral Magnets // Phys. Rev. Lett. 2006. Feb.Vol. 96, no. 6. P. 067601.11. Барьяхтар В. Г., Львов В. А., Яблонский Д. А. Теория неоднородного магнитоэлектрического эффекта // Письма в ЖЭТФ. 1983. Т. 37, № 12. С. 565–567.12. Logginov A. S., Meshkov G.

A., Nikolaev A. V. et al. Room temperaturemagnetoelectric control of micromagnetic structure in iron garnet films // Appl.Phys. Lett. 2008. Vol. 93. P. 182510.13. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. Физматгиз, 1959.14. Дзялошинский И. Б.

К вопросу о магнитоэлектрическом эффекте в антиферромагнетиках // ЖЭТФ. 1959. Т. 37. С. 881–882.15. Астров Д. Н. Магнитоэлектрический эффект в антиферромагнетиках //ЖЭТФ. 1960. Т. 38. С. 984.16. Rado G. T., Ferrari J. M., Maisch W. G. Magnetoelectric susceptibility andmagnetic symmetry of magnetoelectrically annealed 4 // Physical ReviewB. 1984. Vol. 29, no. 7.17. Nénert G., Palstra T. Magnetic and magnetoelectric properties of Ho2BaNiO5 //Physical Review B. 2007. Vol. 76, no.

2. P. 024415.18. Eerenstein W., Mathur N. D., Scott J. F. Multiferroic and magnetoelectric materials // Nature. 2006. Vol. 442. P. 759–765.10119. Ramesh R., Spaldin N. A. Multiferroics: progress and prospects in thin films. //Nature materials. 2007. Vol. 6, no. 1. P. 21–9.20. Chougule P. K., Kolekar Y. D., Bhosale C. H. Linear and quadratic magnetoelectric effect in CNMFO:PZT magnetoelectric composite // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2013. Vol.