Диссертация (1103648), страница 5
Текст из файла (страница 5)
1.12а). Слой AlOx является диэлектриком и приводит к тому, что ось анизотропии перпендикулярнапленке; слои платины и кобальта использовались в качестве обкладок получившегося конденсатора. Визуализация доменной структуры на границе раздела Co/AlOx осуществлялось в реальном времени при помощи магнитооптического эффекта Керра.Исходно слой Co/AlOx намагничен до насыщения – вектор намагниченности направлен вдоль нормали к поверхности.
При включении постоянногомагнитного поля = 23 мТл, направленного антипараллельно намагниченности, можно наблюдать волну перемагничивания в указанном слое и измеритьскорость движения границы области, в которой намагниченность уже перевернулась (рис. 1.12б). При создании разности потенциалов между крайнимислоями структуры, скорость такой доменной границы линейно растет с увеличением напряжения при положительном потенциале на нижней обкладке илилинейно падает при отрицательном потенциале (рис. 1.12в).Механизм данного явления заключается в том, что зарядка конденсатора меняет величину магнитной анизотропии в / (авторы показывают,что изменение скорости не может быть связано с протеканием через структуру электрического тока). Данный эффект может найти свое применение влюбых устройствах, использующих движение доменных границ. В качестве30(а)(б)(в)(г)Рисунок 1.12: Управление скоростью ДГ при помощи электрического поля [67].
(а) – общийвид структуры. (б) – магнитооптическое изображение процесса перемагничивания. (в) –зависимость скорости ДГ от ее координаты при разных значениях разности потенциаловмежду крайними слоями структуры – зеленой, синей и красной кривой соответствуютнапряжения в 0, 2 и -2 В. (г) – предложенная схема регистра сдвига на основе наблюдаемогоэффекта. Импульсы спин-поляризованного тока заставляют границы двигаться. Создавая надвух группах электродов противоположные по величине разности потенциалов, можноуменьшить потенциальный барьер для начала движения ДГ, а сменив полярностьнапряжения в момент следующего импульса спин-поляризованного тока – заставить ихостановитьсяпримера предложена конструкция регистра сдвига, в котором ДГ приводятсяв движение спин-поляризованным током, а регулировка их скорости помогаетостановить границы на заданных позициях (рис. 1.12г).В работе [68] предложено решение, в некотором роде, обратной задачи.Авторы предлагают способ МЭ блокировки движения доменных границ.
Ос31новная идея заключается в локальном изменении магнитной анизотропией материала. В представленном эксперименте была использована многослойнаяструктура (см. рис. 1.13а), в которой, механические напряжения, возникшие врезультате пьезоэффекта в PbZr0.5 Ti0.5 O3 (PZT), передавались одному из магнитных слоев (в другом направление намагниченности жестко зафиксировано).(б)(а)(в)Рисунок 1.13: Управление движением доменной границы при помощи механическихнапряжений [68]. (а) – общая схема эксперимента и структура использованногокомпозитного материала. Положение границы контролируется при помощи измерения GMRмежду двумя магнитными слоями.
(б) – свободное перемещение ДГ в магнитном слое. (в) –разность потенциалов на электродах, нанесенных на сегнетоэлектрический слой вызываетлокальное изменение анизотропии в магнитном материале и приводит к пиннингу границы взаданной областиВ исходном состоянии сегнетоэлектрик не поляризован, и внешнее магнитное поле приводит ДГ в свободном магнитном слое в движение. Авторыпоказали, что, создав между двумя электродами, нанесенными на слой PZT,разность потенциалов, можно изменить анизотропию магнитного слоя в заданной области, что приводит к пиннингу границы.
Дальнейшее движениевозможно в более сильном магнитном поле – для разности потенциалов в10 В требовалось увеличение напряженности в полтора раза. Исследованный32способ управления отдельными границами может быть использован для модификации устройств трековой памяти, о которых рассказано ниже.Возможно и локальное сцепление двух векторов параметра порядка на доменных границах. Например, в GdFeO3 при температуре около 2 K сосуществуют антиферромагнитный порядок и слабый ферромагнетизм. Их наличиеприводит в результате обменной стрикции к возникновению сегнетоэлектрического упорядочения.(а)(б)Рисунок 1.14: Управление намагниченностью в редкоземельных ортоферритах GdFeO3 иDy0.70 Tb0.30 FeO3 [26, 69].
(a) – два возможных типа сегнетоэлектрической доменной границы,один из которых приводит к смене знака ферромагнитного момента. (b) – зависимостьпорогового значения напряженности внешнего электрического поля, необходимого длядвижения доменных границ разных типов, от длительности импульса. Красная линия –зависимость для ферромагнитной границы, связанной с ионами железа; голубая штриховаялиния – зависимость для антиферромагнитной границы в GdFeO3 ; зеленая линия – дляантиферромагнитной границы в Dy0.70 Tb0.30 FeO3 .Разворот вектора поляризации в этом соединении может сопровождаться изменениями либо в магнитной подсистеме ионов железа, либо в антиферромагнитной подсистеме редкоземельных ионов. Во втором случае магнитоэлектри33ческий эффект отсутствует (рис. 1.14а слева), поэтому взаимодействие доменных границ слабо, а управление намагниченностью с помощью электрического поля малоэффективно [69].
Исследователям удалось усилить сцепление ДГ,заменив гадолиний на соединение Dy0.70 Tb0.30 [26] – одноионная анизотропияэтих элементов существенно выше, чем у гадолиния, поэтому подвижностьантиферромагнитной границы меньше, чем в случае GdFeO3 . Если изменениевнешнего электрического поля происходит достаточно быстро, переключениеполяризации происходит за счет движения ферромагнитной границы железа.Однако при увеличении длительности импульса электрического поля величина напряженности, необходимая для того, чтобы привести в движение антиферромагнитную границу уменьшается быстрее, чем соответствующая величина для ферромагнитной границы (см.
рис. 1.14б), поэтому для достаточнодлинного импульса переключение намагниченности не происходит.В разделе 1.2 были приведены примеры мультиферроиков, в которых существует связь между пространственно-модулированными спиновыми структурами (циклоидами и геликоидами) и сегнетоэлектрической подсистемой вещества. Ярким примером проявления локальных электрических свойств магнитных неоднородностей, которому и посвящена данная диссертация, является эффект электроиндуцированного движения доменных границ в эпитаксиальных пленках феррита граната (BiLu)3 (FeGa)5 O12 [12]. В экспериментеисследователи подносили к поверхности пленки проволочный электрод, находящийся под высоким напряжением.
При этом, ближайшая к электроду доменная граница изгибалась (рис. 1.15а), величина этого изгиба монотонно рослас увеличением потенциала на электроде.По результатам серии экспериментов был выделен ряд характерных особенностей в поведении ДГ:∙ при постоянном потенциале на электроде граница смещалась тем сильнее, чем ближе к ней находился электрод34(а)(б)Рисунок 1.15: Движение доменных границ в пленках феррита граната (BiLu)3 (FeGa)5 O12 поддействием электростатического поля [12]. (а) – смещение доменной границы (2) взависимости от полярности напряжения на электроде (1). (б) – зависимость смещениядоменной головки (области ДГ, замыкающей полосовой домен) от времени при трехзначениях потенциала на зонде.∙ все границы притягивались к электроду при положительном потенциалена нем и отталкивались при отрицательном∙ реакция ДГ на действие электростатического поля была наиболее выражена в пленках с кристаллографической ориентацией (210), менее выражена в пленках (110) и отсутствовала в пленках (111)∙ доменные головки (области ДГ, замыкающие полосовой домен) реагировали на поле сильнее, чем прямые участки ДГ.На основе этих особенностей эффекта была выдвинута гипотеза, заключающаяся в том, что наблюдаемое смещение границ связано с наличием наних электрического заряда вследствие неоднородного магнитоэлектрического эффекта.
Важно отметить, что магнитная система в веществе, в которомнаблюдается данный эффект, существенно проще, чем аналогичные систе35мы в композитных материалах и мультиферроиках. В ней существует толькоодин тип доменных границ, движение этих границ наглядно демонстрируетих электростатические свойства. Кроме того, указанное явление наблюдаетсяпри комнатной температуре, поэтому потенциально может быть использованона практике.Большинство альтернативных гипотез противоречат экспериментальнымнаблюдениям. Так, зависимость направления смещения ДГ от знака потенциала на электроде исключает объяснение, основанное на магнитострикции– давление электрода на поверхность пленки не зависело бы от знака потенциала на нем. Магнитное поле, возникающие при протекании токов зарядки/разрядки электрода действовало бы на ДГ по-разному в зависимости отнаправления намагниченности в доменах.
Также можно исключить и однородный МЭ эффект, поскольку смещение усиливалось, если электрод находилсявблизи границы. Авторы [70] предположили, что механизмом наблюдаемогоэффекта является локальное изменение анизотропии в той области вещества,где градиент напряженности электрического поля достаточно силен; экспериментальные данные в [12] не дают возможности подтвердить или опровергнуть это предположение. В следующих двух главах настоящей работы изложены результаты экспериментальных исследований и численного моделирования, посвященные доказательству выдвинутой нами магнитоэлектрическойгипотезы.Ниже мы рассмотрим устройства магнитной памяти произвольного доступа, как уже имеющиеся на рынке, так и перспективные разработки, принципдействия последних основан на управлении движением ДГ.Спинтронные устройства памяти произвольного доступаПрактически каждый пользователь компьютера знает, что устройства памяти делятся на постоянные, сохраняющие записанную информацию при от36ключении питания, и оперативные, в которые переписываются данные, необходимые для текущих вычислений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
