Диссертация (1104967), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Аналогичные результаты былиполучены для кобальтовых НП. На рисунке1.23 представлена зависимость проводимостиAu НП от параметра решётки [72]. Кроме того в работе с помощью теоретических расчётовподтверждено,что Аu НП не могут быть спин-поляризованными, а Co НП наоборотобладает спиновой поляризацией, при этомодин из каналов проводимостиCo НПобладает такой же проводимостью как и Au НП.Рис.1.23. Зависимость проводимости Au НП от параметра решётки [72].Отсутствие магнитных свойств в наиболее стабильных проводящих НК и НП (Au,Ag) при комнатной температуре, а также нестабильность магнитныхнаноструктур квнешним воздействиям, привело к изучению квантовых магнитных свойств смешанныходномерных НК и НП, которые обладают высокой реакционной способностью.Экспериментальное исследование проводимости смешанных Au-Pd и Au-Ag НКпоказало, что проводимость смешанных контактов в значительной степени зависит отконцентрации атомов Pd и Ag соответственно [54].
На рисунке 1.24 представленадиаграмма проводимости для различного компонентного содержания атомов Au и Pd вAu1-xPd xНК. В смешанных НК (Au-Pd) при увеличении числа примесных атомов палладиянаблюдается полное исчезновение пика проводимости 1G0 на диаграмме проводимости(рис. 1.24), в то время как в НК Au-Ag даже при полном замещении атомов золота атомамисеребра пик проводимости 1G0 не исчезает.33Рис.1.24. Диаграмма проводимости для различного содержания атомов Au и Pd в Au1-xPd x НК [54].В работе [73] получены смешанные магнитные Au-Co НК, в которых обнаруженоувеличение проводимости при добавлении атомов Co в чистый золотой НК. На рисунке1.25 представлено схематическоеизображение исследуемых НК и НП а) и зоннаяструктура Au-Co НК.
Исследования электронной структуры смешанного Au-Co НК исмешанногоAu- Co НП показали, что на уровне Ферми у НК и НПодинаковые гибридные орбирали(dxz,yz, dxy,x2-y2)формируютсяотвечающие за появление проводимости висследуемых НК (Рис.1.25).б)а)Рис.1.25. Схематическое изображение исследуемых НК и НП (а) и зависимость парциальной плотностисостояний от энергии (б)[73].34В теоретической работе методами функций Грина и Корринги-Кона-Ростокера [55]проведено исследование проводимости через смешанные Au-X НК, где X= Co,Fe, Pd. Вработе рассмотрен случай смешанного НК, в котором атомом цепи является атом Co (X=Co) при этом проводимость принимает значения порядка 1-1.2 G0 (рис.1.26).
На рисунке1.26 представлена модель Au-Co НК а) и зависимость проводимости Au-Co НК от числаатомов Co в центральном слое НК . [55]б)а)Рис.1.26. Модель исследуемого НК (а) и зависимость проводимости Au-Co НК от числа атомов Co вцентральном слое НК (б) [55].Проведенное в работе исследование показало зависимость проводимости от положения Co,Fe и Pd атомов в цепи НК. На рисунке 1.27 представлены значения проводимости отчисла X атомов в соответствующем слое Au НК. Кроме того, в работе обнаружено, чтомеханизм проводимости меняется в зависимости от положения магнитных атомов в цепиНК, так как он обусловлен s-d взаимодействиями между орбиталями X- атомов.Рис.1.27.
Значения проводимости от числа атомов в соответствующем слое Au НК[55].35В экспериментальной работе [23] получены значения проводимости 1 G0 дляодномерных Au-Co НК. Кроме того обнаружена зависимость проводимости контакта отугла намагниченности в системе [23]. На рисунке 1.28 представлена зависимостьпроводимости в Au-Co НК от вектора намагниченности.Рис.1.28. Зависимость проводимости от угла намагниченности Au-Co НК [23].В экспериментальной работе [9] также проведено исследование проводимостисмешанного Au-Co НК. На рисунке 1.29 представлена диаграмма проводимости Au-Co НК.Рис.1.29. Диаграмма проводимости Au-Co НК [9].Открытие баллистического магнетосопротивления привело к активному изучениювозможностей управления спином атомов в НК и НП и как следствие их транспортнымисвойствами. Связь между магнитными и транспортными свойствами НК была впервыеустановлена в экспериментальной работе [74], в котором он был назван гигантскиммагнетосопротивлением (зависимость сопротивления НК от направления внешнегомагнитного поля) (Рис.1.32).
На рисунке 1.30 представлены: ПЭМ изображение NI НК а) изависимость сопротивления НК от направления внешнего магнитного поля б)[74].36а)б)Рис.1.30. ПЭМ изображение поучения НК (а) и зависимость сопротивления НК от направления внешнегомагнитного поля (б)[74].Обнаружение гигантского магнетосопротивления открывает принципиально новыймеханизм управления магнитными и проводящими свойствами наноструктур [75, 76].
Вработе [75] показано, что длинные наносекундные импульсы спин-поляризованногоэлектрического тока могут передвигать магнитные области вдоль провода со скоростью на110 (м /с). Это значение скорости в сто раз превышает все известные на данный моментспособы передачи информации. В Лаборатории IBM (Йорктаун, Нью-Йорк) с помощьюCMOS-технологииполученпервыйпрототиппамятинаоснове«гигантскогомагнетосопротивления» в магнитных никелевых НП.Передавая «спин-поляризованный» ток через устройство, доменные стенки с разнойнамагниченностьюмогут перемещаться по магнитным дорожкам (Рис.1.31). Токи37генерируют с помощью транзистора, подключенного к нижней части электродов, которые всвою очередь подключены к каждой дорожке.
Каждый транзистор может хранить 100 битинформации, в то время как в устройствах твердотельной памяти может содержатьсявсего лишь один бит.Рис. 1.31. Схематическое представление устройства racetrack memory из смешанных атомных НП [75].Устройство «Racetrack memory»основано на переносе информации с помощьюспинов электронов. С помощью данного метода точность позиции определяется сатомарнойточностью вдоль НП (которая является дорожкой записи).
Управляяэлектрическими импульсами в устройстве, можно перемещать доменные стенки соскоростью порядка ~100 *103 (м/c). То есть информация переносится на сотни миль в час.Кроме того, устройство позволяет прервать передачу информации настолько точно, что внеобходимом положении можно получить доступк огромному количеству хранимойинформации, менее чем за одну миллиардную секунды.§1.2.4 Проводимость магнитных НК и НП: спин-поляризованныйэлектронный транспорт, спиновая фильтрация.
Теория и эксперимент.Развитие современных технологий требует изучения возможности миниатюризацииэлектроники. Заметное развитие в исследованиях наноэлектроники обеспечивается38длительнымиэкспериментальнымиитеоретическимиисследованиямиспин-поляризованного электронного транспорта в магнитных одномерных (1D) наноструктурах,таких как НП и НК. То есть с развитием спинтроники на первое место выходит изучениетранспортных свойств магнитных НК и НП.
Ток через такие структуры может быть спинполяризованным, что позволяет вдвое увеличивать плотность записи и передачиинформации.В теоретической работе [77] с помощью первопринципных расчётов получен спинполяризованный транспорт через одномерный Pt НК [77].
На рисунке 1.32 представленазависимость проводимости от полной энергии Pt НК.б)a)Рис.1.32. Зависимость проводимости от полной энергии в Pt НК: по каждому из каналов проводимоти(а) иполное значение (б) [77] .В теоретической работе [78] проведено исследование спин-поляризованноготранспорта в смешанном Au-Co НК.
В работе выявлена сильная зависимость проводимостиот геометрии Au-Co НК (рис.35). На рисунке 1.33 представлены модель Au-Co НК ипроводимость Au-Co НК для различных конфигураций цепи провода в контакте: линейнойа) и конфигурации «зигзаг» б).39а)б)Рис.1.33. Модель Au-Co НК и зависимость коэффицентов проводимости от энергии Au-Co НК: длялинейной конфигурации цепи провода(а) и для конфигурации «зиг-заг» (б) [78].Одним из наиболее эффективных на сегодняшний день методов управленияспиновыми свойствами структур является применение частного случая спиновойполяризации - спиновая фильтрация.
Спиновые фильтры могут использоваться вустройствах спинтроники в качестве нанотранзиторов пропускающих ток только с однимнаправлением спина (по другому каналу проводимость отсутствует).В работе [78] исследована электронная структураAu-Co НК. Когда атом Coнаходится на краю цепи Au-Co НК геометрия провода позволяет формироваться s-dгибридной зоне, которая обеспечивает проводимость Au-Co НК.
В случае нахожденияатома Co в центре Au-Co НК образуется два независимых канала проводимости (Рис.1.34).На рисунке 1.34 представлены проводимость а),распределение электроннойплотности Au-Co НК б) и модель Au-Co НК в). На основе анализа электронной структурысмешанных систем Au-Co выдвинуто предположение, что в смешанных систем Au-Coвозможно появление спиновой фильтрации электронного тока. [78]а)40б)в)Рис.1.34. Зависимость коэффициента проводимости от энергии (а), распределение электроннойплотности Au-Co НК (б) и модель Au-Co НК (в) [78].В теоретической работе [79]электроннойплотностипервопринципными методами теории функционалаисследованысвойстваслоистыхструктурFePtFeНП.Исследование магнитных свойств показало наличие ферромагнитного порядка в FePtFe НП.Проведенные исследования показали изменение проводимости при увеличении толщиныслоёв Pt.
Кроме того обнаружено изменение магнитного момента и спиновой поляризации взависимости от геометрии структуры смешанных НК [79]. В работе показано, что в системепроисходит изменение направления спина электронов, обусловленное изменениемтолщины слоя атомов Pt. Полученные в работе результаты предсказывают возможностьсуществования состояния спиновой фильтрации в PtFe НП. На рисунке 1.35 представленымодель исследуемых НК а) и зонная структура PtFe НП.41а)б)Рис.1.35. Модель исследуемых НК (а), зонная структура (б) в PtFe НП [79].В экспериментальной работе [80] обнаружена спиновая фильтрация тока в слоистойструктуре Au-Co-Au-Co-Au-Co, в которой толщина каждого слоя составляет порядка 1нм.В работе было показано, что проходящий ток, а значит и спиновая поляризация зависит отнаправления намаганиченности магнитного слоя кобальта. На рисунке 1.36 представленазависимость тока проводимости от величины магнитного поля.42а)б)Рис.1.36.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
