Автореферат (1091594)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиВинокуров Дмитрий ЛеонидовичФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ МАГНИТОРЕЗИСТИВНОЙПАМЯТИ С ЗАПИСЬЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ НАОСНОВЕ НАНОСЛОЯ ФЕРРИТА ВИСМУТАСпециальность 05.27.01 – Твердотельная электроника, радиоэлектронныекомпоненты, микро- и нано- электроника, приборы на квантовых эффектахАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2017Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Московском технологическом университете»(МИРЭА)Научный руководитель:Морозов Александр Игоревичдоктор физико-математических наук, профессор,профессор кафедры общей физикиМосковского физико-технического института(государственного университета)Научный консультант:Фетисов Юрий Константиновичдоктор физико-математических наук, профессор,директор НОЦ «Магнитоэлектрические материалыи устройства»Московского технологического университета (МИРЭА)Официальные оппоненты:Пятаков Александр Павловичдоктор физико-математических наук, профессор РАН,профессор кафедры физики колебанийфизического факультетаМосковского государственного университетаимени М.В.ЛомоносоваМухин Александр Алексеевичкандидат физико-математических наук,ведущий научный сотрудникИнститута общей физики имени А.М.

Прохорова РАНВедущая организация:Институт физики микроструктур РАН – филиал Федеральногогосударственного бюджетного научного учреждения«Федеральный исследовательский центр Институт прикладнойфизики Российской академии наук»Защита состоится «____»____________2017 г. в ____ ч. ____ мин. на заседаниидиссертационного совета Д212.131.02 при Московском технологическом университетепо адресу: 119454, г. Москва, Проспект Вернадского, д. 78.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке МИРЭА.Автореферат размещен на сайте: www.mirea.ruАвтореферат разослан «____»____________2017 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д212.131.02кандидат физико-математических наукЛ. Ю.

Фетисов3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьБлагодарясвоимуникальнымособенностям,многослойныенаноструктуры нашли широкое применение в устройствах магнитногохранения информации. В частности, структуры с эффектами гигантского итуннельного магнетосопротивления используются в качестве сенсоров всчитывающихголовкахжесткихмагнитныхносителей(дисков).Использование таких сенсоров позволило увеличить плотность записиинформации до 740 Гбит на квадратный дюйм и создать устройства памятиемкостью до 4 Тбайт.

Одним из основных факторов, определяющихмагнитные свойства многослойной наноструктуры, является модификациямагнитного упорядочения слоев, обусловленная межслойным магнитнымвзаимодействием.В целях повышения энергоэффективности существующих устройствпамяти возможен отказ от использования электрических токов в процессезаписи информации и переход на запись электрическим полем. Для этого ктрехслойной наноструктуре с эффектом туннельного магнетосопротивленияпредполагается добавить электрочувствительный слой, в роли которогоможет выступать мультиферроик.Повышенныйинтерескнаноструктурамсдополнительнымэлектрочувствительным слоем феррита висмута обусловлен перспективойсоздания устройств памяти нового поколения, функционирующего прикомнатнойтемпературе:электрическимбольшинствополеммагниторезистивной(MERAM).существующихТакиеустройствпамятиустройствапамятисзаписьюмогутзаменитьввидуегоявныхпреимуществ: быстродействия, энергонезависимости, малого потребленияэнергии, неограниченного времени хранения информации, радиационнойстойкости и возможности дальнейшей миниатюризации.4Нерешенные вопросы теории MERAM связаны с учетом влиянияграниц раздела слоев и определением основных механизмов межслойноговзаимодействия.

Часто информация о структуре границ раздела оченьограничена,чтоможетпривестикнеправильнойинтерпретацииэкспериментальных данных о свойствах многослойных структур. Посколькув нанослоях поверхностные явления играют первостепенную роль, ихисследование, наряду с фундаментальным, представляет и существенныйприкладной интерес.В литературе имеются данные о ряде попыток создания MERAM [1, 2],однако систематизированная информация по данному вопросу отсутствует.Цель и задачи работыЦелью работы является теоретическое исследование механизмоввзаимодействия между ферромагнитным слоем для записи информации иэлектрочувствительным слоем, а также теоретическое обоснование путейсоздания магниторезистивной памяти с записью электрическим полем.Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:рассмотреть влияние поверхности на магнитную структуру тонкихпленок мультиферроика со слабым ферромагнетизмом;найти конфигурацию магнитных параметров вблизи границы разделавзаимодействующих слоев;получить выражение для энергии межслойного взаимодействия;определить относительную и абсолютную величину вкладов обменного иупругого взаимодействий в энергию межслойного взаимодействия;провестинамагниченностианализисформулироватьферромагнитногослояусловияпереключенияэлектрическимполем,приложенным к слою феррита висмута;получить ограничения на размеры ячейки магниторезистивной памяти,связанные с существованием суперпарамагнитного предела;5исследовать условия существования бистабильного состояния вферромагнитном слое записи информации;исследовать эволюцию магнитных параметров порядка в процессепереключениясегнетоэлектрическойполяризацииферритависмутаэлектрическим полем;сформулировать теоретические рекомендации для разработчиковтехнологииустройствMERAM:оптимальныевариантысрезаэлектрочувствительного слоя феррита висмута, деформации, созданнойподложкой, и направления приложения электрического поля.Методы исследованияРешение поставленных задач осуществлялось с использованиемсовременных методов теоретической физики.

В линейном приближениирасчет искажений магнитных параметров порядка слоев, вызванныхмежслойным обменным взаимодействием на границе раздела феррит висмута– ферромагнитный слой, а также расчет энергии взаимодействия слоевпроводились аналитическими методами в рамках теории среднего поля. Привыходезарамкилинейногоприближенияиспользоваласьсистемасимвольных вычислений Maplesoft Maple 15, в которой проводилосьчисленное моделирование.

Методом численного моделирования в рамкахпредложеннойанизотропиифеноменологическойисследованамультиферроикавэволюцияпроцессемоделидлямагнитныхпереключенияэнергиимагнитнойпараметровпорядкасегнетоэлектрическойполяризации электрическим полем.Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:Исследовановлияниеповерхностинаскосподрешетокдвухподрешеточного антиферромагнетика, обусловленный взаимодействиемДзялошинского-Мория. Найдены зависимость величины скоса подрешетокот расстояния до поверхности и дополнительный поверхностный магнитныймомент.6Сформулированоферромагнитногоусловиеслояпереключенияэлектрическимнамагниченностиполем,приложеннымкэлектрочувствительному слою мультиферроика и найдено ограничениесверху на толщину ферромагнитного слоя.Полученоограничениесуперпарамагнитногоснизу,предела,насвязанноессуществованиемминимальныйразмерячейкимагниторезистивной памяти с записью электрическим полем.Предложены возможные варианты согласования кристаллическихрешеток нанослоев мультиферроика BiFeO3 и ферромагнетика Co0,9Fe0,1.

Длякаждого из них рассчитаны величины искажений магнитных параметровпорядка, возникающих вследствие магнитного взаимодействия слоев, иполная энергия этого взаимодействия.Вработетакжепредложеныновыевариантысрезаэлектрочувствительного слоя BiFeO3, деформации, созданной подложкой, инаправления приложения электрического поля, перспективные с точкизрения создания прототипов магниторезистивной памяти нового поколения.Научно-практическая значимостьПолученныепредставленияоФундаментальноерезультатысвойствахнаучноепозволяютрасширитьмногослойныхзначениеимеетмагнитныхсуществующиенаноструктур.углублениепониманиямеханизмов взаимодействия слоев, описание магнитной структуры границраздела.

Сделанные рекомендации могут оказаться полезными при созданиимагниторезистивной памяти, переключаемой электрическим полем, наоснове феррита висмута. Результаты диссертации использованы привыполнении исследований в рамках Государственного задания (НИР №3.76.2014К), гранта Российского фонда фундаментальных исследований (№13-02-12425 офи_м) и грантов Президента РФ ведущим научным школам(НШ-5015.2012.2, НШ-2943.2014.2, НШ-8003.2016.2).7Основные положения, выносимые на защиту, следующие:1.

Теория, описывающая механизм межслойного взаимодействия, котораядает объяснение экспериментально наблюдаемому перемагничиваниюферромагнитного слоя в составе многослойной наноструктуры сэлектрочувствительным слоем феррита висмута. Конфигурации «срездеформация-направление поля», наиболее перспективные для созданияMERAM.2. Показано,чтоэлектрическимпереориентацияполем,влечетвекторазасобойполяризации,вызваннаяпереориентациювектораантиферромагнетизма. Наличие слабого ферромагнетизма и линейногомагнитоэлектрическогореализацииэффектамагниторезистивнойнеявляетсяпамятинеобходимымнаосноведлянанослоевмультиферроика, переключаемой электрическим полем.3. Траектории, описывающие разворот вектора антиферромагнетизма ислабого ферромагнитного момента в процессе переключения вектораполяризации BiFeO3 внешним электрическим полем для различныхконфигураций «срез-деформация-направление поля».4. Ограничение на максимальную толщину d ферромагнитного слоя,используемогодлязаписиихраненияинформации,всоставемагниторезистивной памяти на основе нанослоев мультиферроика,переключаемойэлектрическимполем:d100нм.Значениеминимального латерального (в плоскости) размера устройства MERAMна основе обменного взаимодействия в системе Co 0,9Fe0,1/BiFeO3составляет 7 нм.5.

Вкладмагнитоупругоговзаимодействияввзаимодействиясистемевэнергиюмежслойногоферромагнетик-мультиферроиксоставляет менее 10% от обменного вклада.BiFeO38Достоверность научных результатовПредставленныевработеисследованиябылипроведенысиспользованием современных и общепринятых методов теоретическойфизики. При численном моделировании использовалось современноепрограммное обеспечение для решения поставленных задач с требуемойточностью. Результаты численного моделирования хорошо согласуются саналитическими решениями в рамках предложенных моделей.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации