Автореферат (1103647), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В доменной структуре чередуются домены с направлением намагниченности вверх и вниз, поэтому при || > всоседних двух границах векторы намагниченности в центре антипараллельны,т.е. границы имеют различную киральность. Этим и обусловлено наблюдаемоев эксперименте различие в направлении смещения (относительно иглы) границдвух типов при одинаковой полярности магнитного поля.Описанное поведение ДГ наблюдается во всех исследовавшихся образцахс кристаллографиеской ориентацией (210) и (110); для образцов с ориентацией(110) напряженность поля, при которой происходит переключение киральностиграницы, меньше, чем в пленках (210) ( < 5 Э). Вероятно, это связано сменьшей величиной ромбической анизотропии.Также были проведены динамические измерения, которые позволили исследовать зависимость средней скорости элетроиндуцированого движения доменных границ от напряженности магнитного поля. Для этих измерений былиспользован метод, сходный со стробоскопическим.
Сигнал генератора импуль11Рис. 5: Иллюстрация возможных вариантов направления разворота намагниченности в двух соседнихдоменных границах. Для наглядности изображена граница Нееля. В исследовавшихся пленках из-заналичия ростовых напряжений при || = 0 реализуются границы с одинаковым направлением⃗ =разворота. В случае ||̸ 0 энергетически более выгодными становятся такие границы,⃗ · )⃗ >0в которых (сов запускал тиратронный генератор, выдающий короткие ( ∼ 0.6 мкс) прямоугольные импульсы электрического поля на иглу.
Тот же сигнал, задержанныйна заданное время, запускал лазер (длительность импульса лазера ∼ 10 нс).Меняя задержку времени запуска лазера (подсветки), можно было наблюдатьдоменную структуру в различные моменты времени в процессе действия импульса электрического поля. При = 200 Э и = 1500 В средняя скорость ДГсоставляет ∼ 30 м/c (рис.
6).Описанные во второй главе особенности поведения ДГ в электростатическом поле позволяют утверждать, что доменные границы в пленках ферритовгранатов обладают электрической поляризацией вследствие неоднородного магнитоэлектрического взаимодействия.В третьей главе изложены результаты, полученные для численной модели уединенной доменной границы в пленке феррита граната, аналогичной исследовавшимся экспериментально в главе 1.
Модель основана на интегрированииуравнения Ландау-Лифшица-Гильберта [15]:]︀ [︀M= −[M × Heff ] − 2 M × [M × Heff ]12(2)Рис. 6: Средняя скорость электроиндуцированного движения ДГ типов А и Б в зависимостиот напряженности магнитного поля, перпендикулярного плоскости границы. Напряженностьмагнитного поля в эрстедах, скорость в м/c. Напряжение на зонде: +1500 В. Образец №3 (210).Наличие в веществе неоднородного магнитоэлектрического взаимодействия теоретически можно описать, вводя дополнительный член в виде инварианта типаЛифшица в свободную энергию [16]:⃗ ⃗ (∇⃗ ·⃗ ) − (⃗ · ∇)⃗ ⃗ ). = ((3)Это приводит к дополнительному вкладу в эффективное магнитное поле eff вуравнении (2) [17]: ∑︁[2(− ) − (−)].=− (4)Для расчетов использовался пакет микромагнитного моделирования Nmag, который содержит модуль для магнитоэлектрических исследований, реализующийнеобходимый функционал [18].Моделируемая область представляла собой прямоугольный параллелепипед, заполненный материалом с параметрами, типичными для исследованных вглаве 2 образцов.
Эта область исходно была разбита на три части: два домена сантипараллельными направлениями намагниченности и доменную границу между ними. Для тестирования корректности работы магнитоэлектрического модуляNmag были получены распределения намагниченности внутри уединенных доменных границ Блоха и Нееля. Электростатическое поле точечного заряда неоказывает влияния на блоховскую границу, а границу Нееля приводит в движение.13Расчеты, учитывающие сложный характер анизотропии в пленках ферритов гранатов с кристаллографической ориентацией (210) [13, 14], показали, чтов исходно блоховской структуре ДГ возникает неелевская компонента.
С помощью модели были исследованы зависимости величины электрической поляризации ДГ от величин констант анизотропии и углов наклона осей одноосной иромбической анизотропии.В эксперименте при = 0 все доменные границы реагировали на поле зонда одинаково, поэтому мы предполагаем, что их киральность одинакова.Такое возможно, если в пленках существует выделенное полярное направление;его возникновение связано, вероятно, с эпитаксиальным ростом пленок [A3].В модели эта особенность образов учитывалось путем введения однородногоэлектрического поля , направленного по нормали к поверхности пленки.
Результаты расчетов показывают, что наличие такого поля приводит к тому, чтомоделируемые доменные границы имеют одну и ту же киральность, независимоот того, с каким типом границы (А или Б) мы имеем дело.Включение внешнего магнитного поля в модель потребовало измененияпроцедуры расчета: при ̸= 0 один из доменов быстро увеличивался. Распределение намагниченности внутри ДГ в процессе ее движения не успевалорелаксировать до того, как граница достигнет края моделируемой области. Длятого, чтобы иметь возможность исследовать внутреннюю структуру границы вэтой ситуации, намагниченность в исходном распределении замораживалась“”( M=0)везде,кромеобластисоответствующейДГ.Послетого, как намагниченность в указанной области релаксировала к гладкому распределению, намагниченность в доменах размораживалась“; при дальнейшем движении ДГ её”структура не изменялась, поэтому полученное распределение намагниченностииспользовалось для расчета электрической поляризации границы при заданнойнапряженности магнитного поля.Результаты моделирования согласуются с гипотезой, изложенной в главе 2.
Действительно, внешнее магнитное поле меняет структуру доменной границы, причем достаточно сильное поле может изменить киральность ДГ на противоположную (рис. 7в). Зависимость -компоненты вектора электрической поляризации границы от напряженности магнитного поля качественно согласуетсяс экспериментальными результатами.В третьей главе также предложена численная модель ячейки памяти, логическое состояние которой переключается полем электрического конденсатора, и проведена оценка практически важных характеристик такого устройства.Ячейка представляет собой многослойную структуру из магнитоэлектрическогослоя, обменно связанного с проводящим магнитным слоем, который являетсячастью спинового клапана.
На поверхность МЭ слоя нанесены два электрода.14(а) Граница в отсутствие магнитного поля( = 0)(б) Граница в поле = −100 Э(в) Граница в поле = +100 ЭРис. 7: Изменение киральности ДГ под действием постоянного однородного магнитного поля вчисленной модели (вектор напряженности магнитного поля параллелен красной оси).Создавая электрическое поле заданной полярности, мы перемещаем доменнуюграницу в магнитоэлектрике в одно из двух положений, заданных при помощиискусственных дефектов. Обменная связь между магнитными слоями заставляет смещаться и границу в проводящем слое, что приводит к изменению направления намагниченности в области между крайними положениями границы(рис. 8).
Изменение направления намагниченности можно считывать, если пропускать ток через спиновый клапан со структурой «магнитный слой – немагнитный проводник – магнитожесткий проводник». Сопротивление такой структурыбудет различным в зависимости от того, сонаправлены или противонаправленывектора намагниченности в крайних слоях (эффект гигантского магнитосопротивления [1]).При помощи Nmag были проведены расчеты для МЭ слоя такой ячейки – прямоугольного параллелепипеда с клиновидными вырезами на верхнейграни (рис. 9а).
Параметры материала соответствуют пленкам феррита граната.Электрическое поле конденсатора в модели было задано как однородное поле,направленное вдоль наиболее длинной стороны параллелепипеда. Для того, чтобы считать, что граница сместилась, она должна пройти расстояние, сравнимое15Рис. 8: Рассматриваемая структура ячейки памяти DWRAM.
Под действием электрического поляконденсатора ДГ в магнитоэлектрике перемещается в одно из двух положений, заданныхискусственными дефектами. Положение связанной доменной границы в свободном слоеопределяет в каком из двух логических состояний находится ячейка.с ее шириной ∼ 100 нм. При |0 | = 1 × 108 В/м для этого требуется времяпорядка 2 нс. Для того, чтобы сорвать“ границу с дефекта требуется поле 30 .”(а)(б)Рис. 9: (а) – моделируемый объект: образец феррита граната с клиновидными дефектами, в которомсоздается однородное электрическое поле, (b) – исходное положение границы и положение границына двух дефектах соответственноЭнергия переключения устройства на движении доменных стенок — этоэнергия перезарядки конденсатора, которая равна 2 /2. Емкость плоского конденсатора в такой ячейке при размерах обкладок 100 нм × 100 нм и зазоре в300 нм можно оценить в 3 × 10−18 Ф, однако необходимо учесть также емкостьобвязки“ (подводящих проводов), которая составляет единицы и десятые до”ли пикофарад [19].
Таким образом, суммарная емкость электрода и подводящей16обвязки приблизительно равняется 5 × 10−13 Ф . Для создания электростатического поля требуемой напряженности необходимо напряжение 0 = 30 В, в этомслучае энергия переключения: 02 /2 ∼ 2.3 × 10−10 Дж.
В устройствах, в которых реализуется полевой принцип управления, отсутствуют постоянные токи,однако имеются токи перезарядки, которые описываются следующей формулой: = × = × (5)В устройстве DWRAM при указанных размерах ячейки ∼ 3 × 10−18 Ф, = 30 В для ∼ 10 ГГц сила тока составит ∼ 0.9 мкА, а плотность тока∼ 9 кА/см2 , что на несколько порядков ниже, чем в существующих устройствахMRAM. В таблице ниже приведены характеристики различных типов устройствпамяти и оценки характеристик ячейки, использующей электроиндуцированноеперемещение доменной границы (DWRAM).Тип памятиРазмер ячейкиВремя считыванияВремя записиЭнергия записиDRAM (65 нм)30 нм10 нс10 нс5 пДжSRAM (65 нм)30 нм1 нс1 нс5 пДжFlash (65 нм)40 нм10 – 50 нс0.1 – 100 мс10 000 пДжMRAM160 нм10 нс5 нс100 пДжRacetrack200 нм20-32 нс20-32 нс2 пДжDWRAM300 нм2 нс1 нс230 пДжТаблица 1: Сравнение DWRAM с другими технологиями построения устройств памятиВ заключении приведены основные результаты и выводы.Заключение1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
