Диссертация (1091595), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Найдены зависимость величины скоса подрешетокот расстояния до поверхности и дополнительный поверхностный магнитныймомент.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 создании8магниторезистивной 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).Основные положения, выносимые на защитуНа защиту выносятся следующие положения:1.даетТеория, описывающая механизм межслойного взаимодействия, котораяобъяснениеферромагнитногоэкспериментальнонаблюдаемомуперемагничиваниюслоямногослойнойнаноструктурывсоставесэлектрочувствительным слоем феррита висмута.
Конфигурации «срездеформация-направление поля», наиболее перспективные для созданияMERAM.2.Показано, что переориентация вектора поляризации, вызваннаяэлектрическимполем,влечетзасобойпереориентациювектораантиферромагнетизма. Наличие слабого ферромагнетизма и линейногомагнитоэлектрического эффекта не является необходимым для реализациимагниторезистивнойпамятинаосновенанослоевмультиферроика,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,используемогодлязаписиихранениямагниторезистивнойпамятинаосновепереключаемой электрическим полем: dинформации,нанослоеввсоставемультиферроика,100 нм. Значение минимального9латерального (в плоскости) размера устройства MERAM на основеобменного взаимодействия в системе Co0,9Fe0,1/BiFeO3 составляет 7 нм.5.Вклад магнитоупругого взаимодействия в энергию межслойноговзаимодействия в системе ферромагнетик-мультиферроик BiFeO3 составляетменее 10% от обменного вклада.Достоверность научных результатовПредставленныевработеисследованиябылипроведенысиспользованием современных и общепринятых методов теоретическойфизики.
При численном моделировании использовалось самое современноепрограммное обеспечение для решения поставленных задач с требуемойточностью. Результаты численного моделирования хорошо согласуются саналитическими решениями в рамках предложенных моделей. Результаты,представленные в диссертации, не противоречат экспериментальным итеоретическим данным других исследователей, опубликованных в открытойпечати. Более того, они позволяют более строго интерпретироватьсуществующие экспериментальные данные.Апробация работыОсновные результаты диссертационной работы докладывались наМеждународной конференции “Functional Materials” (ICFM-2013) (Крым,2013 г.), Международном симпозиуме «Spin Waves 2015» (Санкт-Петербург,2015 г.), Международной конференции «20th International Conference onMagnetism» (Barcelona, Spain, 2015 г.), Международной конференции «4thInternational Workshop on Magnonics. From Fundamentals to Applications»(Seeon, Germany, 2015 г.), Международной научно-технической конференции«INTERMATIC» (Москва, 2012 г., 2013 г., 2014 г.
и 2016 г.), Всероссийскоймежвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника иинформатика» (Зеленоград, 2013 г., 2014 г. и 2015 г.), Всероссийскойконференции молодых ученых «Микро-, нанотехнологии и их применение»10им. Ю.В. Дубровского (Черноголовка, 2014 г.), а также на научныхсеминарах в Московском технологическом университете (МИРЭА).ПубликацииПо материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ,включающих 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 4 прочихпубликации.Личный вклад автораВ работах, выполненных в соавторстве с коллегами, авторупринадлежит систематизация существующих представлений о MERAM,выполнениевсеханалитическихрасчетов,численноемоделированиепараметров магнитного упорядочения и анализ полученных данных.Интерпретация результатов, полученных при аналитическом и численномрешениипоставленныхзадач,проводиласьсовместноснаучнымруководителем.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, шести глав, заключения и спискалитературы.
Она изложена на 129 страницах машинописного текста,содержит 33 рисунка и 6 таблиц. Cписок литературы включает 117наименований.11Глава I. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОМАГНИТОРЕЗИСТИВНОЙ ПАМЯТИ (ОБЗОР)В данном разделе будут рассмотрены основные работы, которые быливыполнены ранее или одновременно с исследованиями, представленными внастоящей диссертационной работе, и в которых затрагиваются достаточноблизкие к теме диссертации вопросы.Наиболее перспективным направлением развития магниторезистивнойпамяти является переход на запись электрическим полем. При приложениинапряжения к электрочувствительному слою, в соседствующем с ним слоеферромагнетика происходит запись информации.
При этом возможныразличные механизмы взаимодействия между электрочувствительным слоеми слоем ферромагнетика. Ниже будет обсужден текущий прогресс в развитииустройств магниторезистивной памяти.1. Физические основы и виды магниторезистивной памятиПри помещении проводника во внешнее магнитное поле, егосопротивление изменяется. Это явление и называется магниторезистивнымэффектом или магнетосопротивлением (МС). В 2007 году А. Ферт иП. Грюнберг были удостоены Нобелевской премии [1] за открытие в 1988 г.явления гигантского магнетосопротивления (ГМС) [2,3] в многослойныхмагнитных структурах, отличающегося от магнетосопротивления объемныхматериалов масштабом эффекта. И по сей день эти структуры, состоящие изчередующихся ферромагнитных и немагнитных (антиферромагнитных)металлических слоев толщиной от нескольких десятых до несколькихнанометров привлекают внимание исследователей. Широкие техническиеприменения данного явления вызвали огромный интерес у научногосообщества.ОткрытиеГМСстимулировалоизучениемногослойныхмагнитных наноструктур, которое привело к открытию в 1995 г.
явления12туннельного магнетосопротивления (ТМС), явления перемагничивания спинполяризованным током и развитию спиновой электроники в целом. Вприкладной области открытие данных явлений стимулировало созданиемагниторезистивной памяти (MRAM), способной в перспективе заменитьсуществующие виды памяти. Рассмотрим прогресс в развитии MRAM болеедетально.1.1.MRAM на основе ГМСЭффект гигантского магнетосопротивления (ГМС, в англоязычнойлитературе — GMR) состоит в существенном изменении электрическогосопротивленияструктурыприизменениивзаимногонаправлениянамагниченности соседних магнитных слоёв.
Трехслойные металлическиеконструкции с ГМС называются спиновыми вентилями. Спиновый вентиль,представляет собой магнитную наноструктуру, состояющую из двухферромагнитных слоев разделенных немагнитной прослойкой. Толщиныслоев должны составлять единицы – доли нанометра, то есть спиновыйвентильпредставляетсобоймагнитнуюнаноструктуру.Вслучаеантипараллельной ориентации намагниченностей сопротивление спинвентильной структуры выше, чем в случае параллельной. Относительнаявеличинаэффектапорядка10%,вотличиеотобъемногомагнетосопротивления, когда изменение сопротивления не превышаетединиц процентов.Магнитная память с произвольным доступом в основе которой лежитмагниторезистивный эффект получила название магниторезистивной памяти(MRAM) [4].
Такое запоминающее устройство хранит информацию припомощи магнитных моментов, а не электрических зарядов. Ячейка памятисостоит из двух магнитных слоев с различными свойствами, разделенныхнемагнитным слоем (рис. 1.1). Магнитные слои подобраны таким образом,что один слой переключается при меньшей напряженности магнитного поля,13другой – при большей. Если использовать слои различной толщины, томожно использовать один и тот же материал. Слой, который переключитсяпри меньшей напряженности поля будем называть «мягким». Он жеиспользуется для считывания информации.
Другой слой, который будемназывать «жестким», используется для записи и хранения информации.Направление намагниченности «мягкого» слоя может быть многократноизменено без изменения состояния «жёсткого» слоя.Рисунок 1.1 – Ячейка памяти MRAM на основе эффекта ГМСЗапись информации производится пропусканием тока одновременно подвум линиям; линии данных (sense line) и линии записи/считывания (wordline), на пересечении которых и находится данная ячейка. Для считыванияинформации из «жёсткого» слоя ток переменной полярности пропускается полиниизаписи/считывания.достаточнотолькодляПриэтомпереключениявозникающее«мягкого»магнитноеслоя.полеИзменениесопротивления элемента приводит к модуляции напряжения линии данных,что позволяет определить состояние намагниченности ячейки памяти: “ноль”или “единица”.141.2.MRAM на основе туннельного магнетосопротивленияВ предыдущем параграфе были рассмотрены многослойные структуры,содержащие только металлические слои.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
