Автореферат (1091594), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В приближении малых углов разворота найдена энергиявзаимодействия слоевв расчете на площадь одной ячейки, как разностьсуммы энергий межслойного и внутрислойных обменных взаимодействий,энергии одноионной анизотропии, энергии антисимметричного обмена вмультиферроике и суммы энергий невзаимодействующих слоев.Для случая|(|√ (()){√ (||))||| ||(}|имеем:√ ())(||)()15где обменные интегралы,иописывают обменные взаимодействиясоседних спинов ферромагнетика, мультиферроика и спинов разных слоев награницеразделасоответственно,атакжесодержатвеличинувзаимодействующих спинов.Реальные значенияне малы при сравнимых значенияхиобменных интегралов.Подстановка известных из литературы значений констант [5, 6, 7]позволила численно решить поставленную задачу в пакете символьныхвычисленийMapleотносительносоответствующихзначенийугловразворота, не прибегая к ее линеаризации.
Оценка относительного вкладакаждого из слагаемых в полную энергию взаимодействия слоев показала, чтореальные значения констант соответствуют случаю преобладания вкладаобменной энергии над вкладами энергии анизотропии и ДзялошинскогоМория.Полная энергия взаимодействия слоев без учета магнитоупругойэнергии в расчете на площадь одной ячейки на границе раздела, полученнаяподстановкой численно найденных углов, равна.При изменении направления спонтанной поляризации феррита висмутаподдействиемэлектрическогополясегнетоэластическиедоменыпереориентируются совместно с сегнетоэлектрическими и эта деформацияпередается слою ферромагнетика [8].
Проведена оценка относительноговклада обменной и упругой составляющих полной энергии взаимодействияслоеввдвухпредельныхслучаях:латеральныйразмерэлектрочувствительного слоя BiFeO3 намного меньше его толщины, либонаоборот, намного превосходит его толщину.Если граница раздела ферромагнетик – феррит висмута соответствуетплоскости (001), то магнитоупругое взаимодействие [9] дает следующийвклад в объемную плотность энергии анизотропии ферромагнетика:()()16гдеи– диагональные компоненты тензора деформации, B1 –магнитоупругий коэффициент,– угол между вектором намагниченности инаправлением, которое соответствует минимуму энергии. Прикладывая кферриту висмута электрическое поле, направленное параллельно ребрупсевдокубической решетки в плоскости слоя, можно переключить егоспонтанную поляризацию из положения [111] псевдокубической решетки вположение [ ̅ 11] , что ведет к развороту направления, соответствующегоминимуму магнитоупругой энергии, на 90°.Разность плотностей магнитоупругой энергии для «тяжелого» и«легкого» направлений равна|()|()Для обоих предельных случаев отношение магнитоупругой энергии кпри толщине ферромагнитного слоя 2 нм составляет величину менее10%, а основной вклад в полную энергию взаимодействия обусловленобменным слагаемым.Предложена принципиальная схема ячейки MERAM на основеэлектрочувствительного слоя феррита висмута (рис.
1).Рисунок 1 – Расположение электродов на электрочувствительном слоеотдельного бита. На вставке показано направление спонтанной поляризацииДля воспроизводимого переключения устройства памяти MERAMавтором предполагается приложение электрического поля в плоскости17электрочувствительного слоя мультиферроика, что приводит к изменениюпараллельной срезу составляющей поляризации и изменению ориентацииперпендикулярной поляризации плоскости типа (111), в которой лежитвектор антиферромагнетизма. Для этого необходимо нанести электроды набоковые поверхности электрочувствительного слоя.
Подавая положительноенапряжение на обе пары электродов, мы из восьми возможных направленийспонтаннойполяризациивыделяемтолькодва,различающихсяперпендикулярной составляющей (рис. 1а). Изменение полярности импульсанапряжения на первой паре электродов приводит к 71° развороту вектораполяризации. При этом параллельная слою составляющая спонтаннойполяризации разворачивается на 90° (рис.
1б), что сопровождаетсясоответствующимизменениемнаправлениявекторанамагниченностиферрита висмута на границе раздела слоев и записью информации вферромагнитном слое вследствие межслойного обменного взаимодействия.“Нулю” и “единице” отвечают два взаимно-перпендикулярных направлениянамагниченности ферромагнитного слоя.Характерные поля переключения устройства MERAM порядка 107 В/м,что соответствует приложению напряжения 0,4 В при латеральном размере40 нм. Последнее в очередной раз подтверждает перспективность такихустройств для реального технического применения.Энергия анизотропии ферромагнетика в расчете на площадь однойячейки имеет вид(где– константа анизотропии,ферромагнетика, аПолученоферромагнитного)– число атомных плоскостей в слое– угол между намагниченностью и легкой осью.условиеслоявпереключенияплоскости(001)магнитногоэлектрическиммоментаполем,приложенным к слою мультиферроика:||()18где– разность энергии анизотропии между тяжелым и легкимнаправлением.
Данное условие соответствует максимально допустимойтолщине слоя CoFe, при которой еще возможно переключение, в 100 нм.Величина модуля полной энергии взаимодействия слоев должнапревосходить 70kBT [10]. Отсюда получена оценка для латерального размераустройства 7 нм.Пятая глава посвящена рассмотрению структуры границы разделаCo0,9Fe0,1/BiFeO3,аименнорасчетувеличинискажениймагнитныхпараметров порядка вблизи границы раздела и энергии обменноговзаимодействия слоев для двух возможных вариантов роста нанослояCo0,9Fe0,1 на BiFeO3 с учетом согласования параметров решеток этихматериалов (рис.2).абРисунок 2 – Изображение границы раздела нанослоев Co0,9Fe0,1/BiFeO3для двух вариантов согласования кристаллических решетокВозможны два варианта согласования кристаллических решетокмультиферроика BiFeO3 и ферромагнетика Co0,9Fe0,1, обеспечивающих19квазиэпитаксиальный рост ферромагнитного слоя.
Для первого варианта(рис.2а) полная энергия взаимодействия слоев в приближении малых угловпредставляется как|где||(|)()√ . Энергия для второго варианта роста (рис. 2б) описываетсявыражением (19) при.Полная энергия взаимодействия слоев в расчете на площадь однойячейки мультиферроика BiFeO3 на границе раздела для двух вариантоватомной структуры границы раздела равна соответственнои. Вклад взаимодействия Дзялошинского-Мория в эту величину составляет, соответственно,и 9,6%.
Вклад в нееэнергии анизотропии пренебрежимо мал. Отсюда следует, что наноструктураCo0,9Fe0,1/BiFeO3можетпредложенныйвпоправуназыватьсяпредыдущейглавеобменно-связанной,механизмипереключениянамагниченности в системе Co0,9Fe0,1/BiFeO3 полностью справедлив.Шестая глава посвящена численному моделированию эволюциимагнитных параметров порядка в процессе переполяризации внешнимэлектрическим полем в рамках феноменологической модели для энергиимагнитной анизотропии.Суммарная энергия Гиббса мультиферроика равна( )где(а единичные векторы)и)()задают направления векторовполяризации и антиферромагнетизма соответственно,вектора ,(координатыединичный вектор нормали к плоскости слоя.Первоеслагаемое описывает возникающую в сегнетоэлектрической фазе одноосную,второе – кубическую, третье – наведенную вследствие действия сжимающей() или растягивающей () подложки магнитоупругую анизотропию.Предполагалось, что в каждой момент времени направление векторасоответствует минимумупри заданных направлениях векторови.20Моделирование проводилось для срезов (001) и (110) псевдокубическойрешетки BiFeO3.
Задание направления приложенного к слою электрическогополя и начального положения вектора поляризации определяло траекториюразворота данного вектора и его конечное положение, что позволяло найтитраекторию конца векторана единичной сфере. Направление вектораслабого ферромагнетизма определяется векторным произведением векторов. Вычисления проводились с помощью пакета Wolfram Mathematica.Предложены конфигурации «срез-деформация-направление поля»,наиболее перспективные для создания MERAM.
Все данные занесены втаблицу 1. Для продольной записи наиболее предпочтительны конфигурацииуказанные в строках 1 – 4, а для перпендикулярной записи оптимальнаконфигурация, приведенная в строке 5.Таблица 1 – Конфигурации «срез-деформация-направление поля»В заключение подведены итоги диссертационной работы и сделанвывод, что результаты, полученные в данной работе, составляют физическиепринципы магниторезистивной памяти с записью электрическим полем21(MERAM) и могут быть использованы как теоретические рекомендации длясозданияпрототиповпостроеннойтеории,устройствможнопамятиповыситьновогопоколения.воспроизводимостьСледуятекущихэкспериментов по переключению намагниченности электрическим полем,оптимизировать параметры прототипов устройств и добиться скорейшеговнедрения передовых технологий MERAM.Основные результаты диссертации опубликованы в работах:Статьи в журналах из перечня ВАК:1.
Винокуров Д.Л., Морозов А.И. Поверхностные искажения в слабомферромагнетике // ФТТ. – 2013. – Т. 55, № 5. – C. 907–910.2. ВинокуровД.Л.,компенсированнойМорозовА.И.границыМагнитнаяразделаструктураферромагнетик-мультиферроик // ФТТ. – 2013. – Т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
