Диссертация (Теоретическое исследование магнитных и проводящих свойств биметаллических наноконтактов и нанопроводов), страница 2

Исследование зависимости магнитных свойств биметаллических НК И НП отгеометрии, химического компонентного состава, электронной структуры, деформаций«растяжения-сжатия», возникающих в процессе формирования одномерных структур.3. Изучение проводящих свойств НК и НП, их зависимости от геометрии, химическогокомпонентного состава НП или НК, деформаций «растяжения-сжатия», возникающихв процессе формирования одномерных структур;4. Исследование взаимосвязи магнитных и проводящих свойств биметаллических НК иНП.Научная новизна работыВработевпервыепроведеноисследованиеметодомпервопринципноймолекулярной динамики атомной структуры и квантовых свойств металлическиходнокомпонентных и смешанных НК и НП, изучено влияние атомной структуры икомпонентного состава одномерных систем на их проводящие и магнитные свойства,получены следующие новые результаты.1. Обнаружено новое явление в низкоразмерных структурах – формирование одномерныхспиновых фильтров в двухкомпонентных НП Au-Co, Pt-Fe, на основании исследованияэлектронной структуры одномерных наносистем объяснен механизм формированиясостояния спинового фильтра в двухкомпонентных НП.2.

Обнаружена общая закономерность зависимости магнитных свойств от компонентногосоставапровода.Втомчислепридеформацияхтипа«растяжения-сжатия»зарегистрирован переход из ферромагнитного в антиферромагнитное состояние во всехисследованных двухкомпонентных НП с железом в качестве второго магнитногокомпонента (Pd-Fe, Pt-Fe, Au-Fe); объяснен механизм существования данного перехода водномерных НП.3.

Установлена зависимость проводящих свойств одномерных биметаллических НП отмагнитных свойств, компонентного состава провода, его атомной структуры и геометрии.4. Установлена зависимость геометрии двухкомпонентных НП от их компонентногосостава.Достоверностьпредставленныхвдиссертационнойработерезультатовподтверждается проверочными численными экспериментами, а также соответствиемрезультатов экспериментальным данным и теоретическим расчетам.Практическая ценностьРезультаты теоретических исследований свойств атомной и электронной структуры,магнитных и проводящих свойств металлических однокомпонентных и смешанных НК и6НП способствуют разработке новых устройств наноэлектроники и спинтроники спотенциально важными магнитными, проводящими и механическими свойствами.

Вчастности, при создании1. устройств памяти на основе смешанных НП из атомов благородных и переходныхметаллов и ферромагнитных элементов с управляемыми магнитными и проводящимисвойствами;2. устройств записи информации на основе стабильных НП с управляемымпереходом из ферромагнитного состояния в антиферромагнитное, сопровождаемымизменением проводящих свойств системы;3.

cпиновых переключающих устройств с экстремально малыми размерами (порядканескольких Å) и с управляемыми проводящими свойствами;Положения, выносимые на защиту:1.Зависимость квантовой проводимости двухкомпонентных НП от типа магнитногоупорядочения спинов атомов магнитных элементов в проводе.2.Влияниехимического состава и геометрии биметаллических НП на их электронныесвойства и проводимость, приводящее к появлению или исчезновениюспин-поляризованного тока в НП.3.Образование нового проводящего состояния - спиновый фильтр в Au-Co и Pt-Fe НП,которое обусловлено изменением электронной структуры в проводе.4.Увеличение стабильности однокомпонентного (Pd, Pt, Au) провода при смешении сатомами (Fe, Co).5.Магнитные свойства биметаллических НК и НП.Апробация работы:Вошедшие в диссертацию материалы докладывались и обсуждались на 14конференциях:[1]XVI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодыхучёных "Ломоносов-2009",Москва (Россия), 8-12 Апреля (2009) (секция физика твердоготела)[2]VII национальная конференция «Рентгеновское, Синхротронное излучения,Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов Нано-Био-ИнфоКогнитивные технологии РСНЭ-НБИК-2009» Москва (Россия) 16-21 ноября (2009)[3]XVII Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодыхучёных «Ломоносов-2010», Москва (Россия),8-12 Апреля (2010)7[4]Шестнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков имолодых ученых, Волгоград, (2010)[5]"The 2nd Russian-Japanese Young Scientists Conference on NanoMaterials andNanoTechnology", Tokyo, Japan, 21 - 22 septemer, (2010)[6]“19th International Symposium NANOSTRUCTURES: Physics and Technology”NANO-2011, Ekaterinburg, Russia, 20–25 June, (2011)[7]Moscow international symposium of magnetism "MISM-2011", Moscow (RussianFederation), 21-25 August (2011)[8]European Materials Research Society 2011 FALL MEETING E-MRS 2011,Warsaw (Poland) 19-23 September (2011)[9]VIII национальная конференция «Рентгеновское, Синхротронное излучения,Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов Нано-Био-ИнфоКогнитивные технологии РСНЭ-НБИК-2011» Москва (Россия) 14-18 ноября (2011)[10]the Joint European Magnetic Symposia (JEMS 2012), Parma, Italy, (2012)[11]XIV Всероссийская школа-семинар «Волны-2013», Москва, Россия, (2013)[12]Moscow international symposium of magnetism "MISM-2014", Moscow, RussianFederation, (2014)[13]“22-th International Symposium NANOSTRUCTURES: Physics and Technology”NANO-2014, Moscow, Russian Federation, (2014)[14]International Conference "Micro- and Nanoelectronics - 2016" ICMNE – 2016,(2016)Результаты исследований обсуждались на научных семинарах кафедры общей физикифизического факультета МГУ.Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ и Министерства образования.ПубликацииПо результатам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 24научные работы, список которых приведен в конце автореферата, в том числе 9 статей вреферируемых журналах из списка предложенного ВАК.Личный вклад автораВсе изложенные в диссертационной работе оригинальные результаты получены авторомлично, либо при его непосредственном участии.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из общего вводного раздела, трех глав и заключения.

ВоВведении обоснована актуальность исследуемой проблемы, описано краткое содержаниеработы по главам:8В первой главе представлен обзор экспериментальных и теоретических работ потематике представленной работы. Изложено современное состояние исследованияквантовых свойств одномерных структур.Во второй главе представлены модель и метод исследования.В третьей главе изложены основные результаты и их обсуждение.В конце работы заключение и основные выводы.Список цитируемой литературы включает 126 наименований, общий объем работысоставляет 147 страниц текста, включая 80 рисунков.В диссертации принята следующая нумерация формул и рисунков: Обращение к формуламосуществляется в виде (2.1), что означает нахождение данной формулы в работе в главе 2под номером 1. Аналогично проводится нумерация рисунков.9Глава 1Современные теоретические и экспериментальныеисследования квантовых свойств одномерных структур(литературный обзор)§1.1 Методы формирования одномерных наноструктур –наноконтактов и нанопроводовДля того, чтобы использовать одномерные структуры в спинтронике, необходимооптимизироватьметоды создания таких структур и усовершенствовать способыуправления квантовыми свойствами получаемых наноструктур.Существующие экспериментальные методы получения НК и НП можно разделитьна два типа.

К первому относятся методы самоорганизации наноструктур, при которыхполученная геометрия НП или НК определяется только энергией взаимодействия междуатомами в системе при заданных внешних условиях. Ко второму типу относятся методынаноформирования, за счёт манипулирования атомами, с помощью которых осуществлятьнепрерывный контроль строения и геометрии получаемых наноструктур.а)10б)Рис. 1.1.

Cхематическое изображение устройства СТМ установки (а) и ПЭМ изображение Au НК,полученного с помощью СТМ для двух видов поверхностей: [100], [110] (б).К одному из самых распространенных методов наноформирования НК и НП за счётсамоорганизации относится метод сканирующей туннельной микроскопии (СТМ)[2], когдамежду зондом СТМ и изучаемой поверхностью образца спонтанно формируются НК, вместе соприкосновения СТМ зонда с поверхностью (Рис.1.1(а,б), 2). В работе [2] показанавозможность формирования золотых НК для разных поверхностей с помощью метода СТМ.На рисунке 1.2 (а, б) представлены НК золота для поверхностей [100], [110].а)11б)Рис.1.2.

Процесс формирования Au НК методом СТМ: схематическое изображение формирования НК (а)[3],ПEM-изображение поэтапного формирования экспериментально полученного Au НК (б)[4].На рисунке 1.2 [3,4] представлен поэтапный процесс формирования одномерногоНК с помощью СТМ метода (а, б), иллюстрирующий переход от цельного массива золота(а) к одномерному НК (в).

Во время формирования одномерных структур СТМ методпозволяет исследовать их проводящие свойства. Например, в работе [5] показано, чтообразование контактов приводит к возникновению туннельного электронного тока. Нарисунке 1.3 представлена зависимость туннельного тока между Ag поверхностью и Irзондом от расстояния между ними [5].12Рис.1.3.

Зависимость туннельного тока для Ir зонда и Ag поверхности при напряжении U=-20mV [5].Сегодня многие экспериментальные работы посвящены СТМ исследованиюпроцессов образования, изучению квантовых свойств наносистем. Однако метод СТМ недает представления об атомной структуре НК. Поэтому для исследования геометрии НК,получаемых с помощью СТМ, используется комбинация различных методов.К методам получения НК путём самоорганизации также относится методмеханического контролируемого разрыва контакта (МКРК), при котором контактформируется в местах разрывов цельных кристаллических массивов [6-10]. Разрывконтакта может контролироватьсяразличными методами, в частности изменениемпьезоэлектрических свойств подложки кремния (обратный пьезоэлектрический эффект)[6].На рисунке 1.4 представлен НК полученный методом МКРК (а) и устройство установкидля получения НК МКРК (б).Формирование НП методом самоорганизации может осуществляться на ступеньках,образованных поверхностью подложки [11, 12].13a)б)Рис.1.4.