Диссертация (Теоретическое исследование магнитных и проводящих свойств биметаллических наноконтактов и нанопроводов), страница 4

Результаты данной работы согласуются с экспериментальными даннымиполученными в работе [48]. Кроме того в работе [48] получены данные для разногопроцентного содержания атомов платины и палладия в системе, проведенные исследованияпоказали сильную зависимость способности к растяжению НП от компонентного состава игеометрии провода. На рисунке 1.13 представлены зависимости значений σzz (напряжениявдоль оси провода z) от относительного удлинения провода (диаграмма напряжений)(Рис.1.13).23Рис.1.13. Зависимость напряжения вдоль оси провода от относительного удлинения для Pd, Pt, и Pd-Ptсмешанных НП соответственно при T=300 K[47].В экспериментальных работах [23,9] были получены одномерные смешанные Au-CoНК стабильные при комнатных температурах.

На рисунке 1.14 представлены: СЭМизображение Au-Co НК а)[9] и ТЭМ-изображение Au-Co НК б)[23]. В экспериментальнойработе [52] получены энергетически стабильные при комнатной температуре, смешанныеAu-Coнаночастицы.Вработах[39,23]экспериментально полученыстабильныеодномерные смешанные Au-Ag и Au-Co НК, показано увеличение стабильности НК(увеличение полной энергии и энергии связи по сравнению в чистыми Au НП присмешении атомов Au с атомами Ag и Co.а)24б)Рис.1.14. СЭМ Изображение Au-Co НК (а)[9] и ТЭМ-изображение Au-Co НК (б)[23].В экспериментальной работе [66] созданы одномерные Pt-Fe НК. В работе [67]экспериментально получены смешанные Pt-Fe НП.

На рисунке 1.15 представлено ТЭМизображение Pt-Fe НП при температуре 80°С [67]. Все эти работы показывают, что вобласти создания одномерных сплавов и изучения их свойств достигнут значительныйпрогресс, современные технологии позволяют с большой точностью исследовать квантовыесвойства смешанных одномерных систем.Рис.1.15. ТЭМ изображение Pt-Fe НП [67].251.2.2. Теоретическое и экспериментальное исследование магнитныхсвойств смешанных НК и НП.К наиболее актуальным, перспективным и активно развивающимся в последние годынаправлениям исследований в физике относятся: физика твердого тела и физикаполупроводников.

Исследования в этих областях связаны с возможностью переноса спинаэлектрона (определенным образом ориентированного в пространстве) из магнитоактивного(ферромагнитного) материала в парамагнетик, это так называемый спиновый транспорт.Прикладное направление этих исследований в микроэлектронике получило название«спиновой электроники» или «спинтроники» (spintronics).

В современной науке и техникеспинтроника связана с разработкой и созданием квантовых одноэлектронных логическихструктуриспин-информационныхсистем(спиновойинформатики),вкоторойинформационной ячейкой памяти служит спин электрона: один спин – один битинформации 50.

При использовании такого нового способа передачи и записиинформациина два порядка увеличиваются плотности магнитной записи и передачиинформации.Последнее время для спинтроники наиболее важным становится исследованиевозможности смешения в структурах низкой размерности атомов разных сортов, так какполучившиеся многокомпонентные структуры могут сочетать в себе различные свойствасоединяемых элементов [23,39,51-56,62].НК и НП из атомов благородных и переходных металлов обладают наибольшейстабильностью благодаря своей низкой реакционной способности. В то же время НК и НПиз атомов ферромагнитных элементов, обладая магнитными свойствами, легко вступаютво взаимодействие с примесными атомами и молекулами, что в результате приводит к ихбыстромуразрушению.Большинствостабильныхприкомнатныхтемпературахпроводящих НК (в том числе золотые) являются немагнитными [57-61].Поэтомупоявляется новая область исследований – изучение магнитных и транспортных свойствмногокомпонентных смешанных НК и НП [51,54,55,62].

Наиболее перспективным наданный момент является исследование свойств смешанных НК и НП из атомов переходныхметаллов (Au, Pt и др.) и атомов магнитных элементов (Сo, Fe, Ni и др.), потому что онимогут обладать проводящими свойствами, как и НК из атомов переходных металлов[51, 54,55]. При этом смешение с атомами магнитных элементов может привести к появлениюнеобычных магнитных свойств у системы в целом, таких как магнитная анизотропия,гигантское баллистическое магнетосопротивление[63- 65],обладая при этом высокойструктурной устойчивостью к внешним воздействиям различной природы (например, к26деформациям «растяжения-сжатия», которые возникают в процессе роста и формированияпровода, к внедрению примесей различной природы).

Уникальные физические свойстватонких пленок и двухкомпонентных монослоев PdFe, PtFe используются для получениянизкоразмерных структур (НК и НП) с контролируемыми магнитными свойствами [63-65].Особо следует отметить экспериментальную работу по изучению магнитной анизотропииCo проводов на подложке Pt(997) [63], в которой обнаружены осцилляции анизотропныхмагнитных свойств при увеличении ширины Co НП, растущего на ступеньках поверхностиPt(997). На рисунке 1.16 представлена зависимость вектора намагниченности вотносительных единицах от угла относительно оси перпендикулярной оси провода. Такимобразом посредством изменения элементного состава смешанных НК появляетсявозможность управления их магнитными свойствами и, как следствие, их проводимостью.Рис.1.16.

Зависимость намагниченности провода от направления намагниченности [63].Следует заметить, что смешанные НК могут обладать магнитными свойствами(наряду с высокой структурной стабильности и низкой химической реактивностью),которыми можно управлять путем изменения их состава.Наиболее заметный вклад вразвитие этой области исследований внесли экспериментальные работы [23,9].

В работе [9]обнаружено гигантское магнитосопротивление в квази-1D смешанных Au-Co НК, которое27зависит от компонентного состава НК. На рисунке 1.17 приведены зависимости гигантскогомагнетосопротивления от компонентного состава Au-Co НК.Рис.1.17. Зависимость гигантского магнетосопротивления от сопротивления при различном компонентномсоставе провода Au-Co НК [9].1.2.3. Теоретическое и экспериментальное исследование квантовогобаллистического электронного транспорта через одномерные НК и НП.Одним из уникальных свойств одномерных наноструктур является квантоваяэлектронная проводимость даже при комнатных температурах. При этом ток через такиеструктуры может переноситься всего лишь одним электроном.

Изучение электронныхсвойств одномерных наноструктур занимает важное место в современных научныхисследованиях. Проводимость НК носит чисто квантовый характер, подтвержденный ипроверенныйвомногихтеоретических[4,9,15,17,18,20,37,3841,52-55,68-78].ПроводимостьиНКэкспериментальныхпринимаетработахцелочисленныезначения, кратные кванту проводимости G0=2e2/h, где e - заряд электрона, h – постояннаяПланка[49].В теоретической работе [68] подробно исследованы транспортные свойства Au НК.В работе обнаружено, что проводимость сильно зависит от деформаций растяжения 28сжатия НК. Расчёты показали, что максимальное значение проводимости в Au НК 1G0.

Нарисунке 1.18 представлена зависимость проводимости а) и энергии связи в проводе б) отдлины провода. Кроме того в данной работе проведенотеоретическое исследованиеэлектронной структуры атомов Au НК. Расчёты показали, что проводимость в Au НКосуществляется через s -dz2 dzx и dzy гибридные орбитали [68].а)б)Рис.1.18.

Зависимости: коэффициента проводимости а) и энергии связи б) от длины провода [68].В экспериментальной работе [2]получены значения проводимости для чистыхзолотых одномерных НК порядка 1G0 в случае линейного НК, что также подтверждаетсятеоретическими расчётами, проведенными в данной диссертации. На рисунке 1.19представлена зависимость проводимости от времени существования для Au НК.29Рис.1.19. Зависимость проводимости от времени для Au НК[2].В работе [38] экспериментально исследованы проводящие свойства НК Co, Pd, Pt. Вэтой работе получены значения проводимости для исследованных систем: порядка 0.5 G0для палладиевых и платиновых НК при комнатной температуре. На рисунке 1.20представлен график проводимости Co НК.Рис.1.20.

Зависимость проводимости от времени существования Co НК при его формировании методомМКРК [38].В работе [4] получена зависимость проводимости (рис.1.21) от деформацийрастяжения и сжатия Au НК. Вэтой работе отмечено, что в связи зависимостьюпроводимости от геометрии НК в процессе эксперимента необходимо учитывать порядок ирасположение атомов в цепи контакта.30Рис.1.21. Диаграмма проводимости Au НК [4].В работе [71] экспериментально и теоретически исследована проводимость в AuНК.

Исследована проводимость НК при 100K. Теоретическое исследование показалозависимость проводимости Au НК от их геометрии. На рисунке 1.22 представленызависимость полной энергии НК от межатомного расстояния а) и зависимостьпроводимости от расстояния между электродами в процессе растяжения Au НК б) [71] б).31а)б)Рис.1.22. Зависимость энергии от периода решётки а) и зависимость проводимости от расстояния междуэлектродами в процессе растяжения Au НК б) [71].Подробное исследование проводимости Au НП и Co НП проведено в работе [72].Исследования проводимости при деформациях растяжения-сжатия показали, что в Au НПпроисходит увеличение проводимости при переходе к конфигурации «зиг- заг», при этом32значение проводимости увеличивается в 2 раза (2G0).