Электрическое управление микромагнитными неоднородностями как новый принцип работы устройств магнитной электроники (1105264), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Результаты, изложенные в диссертации,могут быть использованы как базис для построения устройств магнитнойэлектроники (ячеек памяти, спиновых клапанов, элементов программируемой логики), работающих при комнатной температуре и непосредственно переключаемых электрическим полем без использования токов.В более широком смысле применение неоднородного магнитоэлектрического эффекта в магнитной электронике может привести к отказу от электрических токов большой плотности, что позволит значительно ослабить ограничения миниатюризации устройств.Научные положения и результаты, выносимые на защиту:∙ В магнитоэлектрическом веществе вертикальные линии Блоха, помимо поверхностного электрического заряда, присущего стенкам Нееля,обладают объемным зарядом и подвержены действию электрическогополя.∙ В пленках ферритов гранатов с кристаллографической ориентациейподложки (210) и (110) наблюдаются обратимые смещения доменныхстенок (до 5 мкм) под действием электрического поля от металлического электрода диаметром 20 мкм при управляющих напряжения от100 В до 1.5 кВ.
Направление смещения сменяется на противоположное при изменении полярности электрической напряжения. Возможнытакже необратимые смещения на расстояния >5 мкм. Эффект не наблюдается в пленках с подложкой (111).∙ Разработан метод исследования наносекундной динамики движения доменных границ в поле прямоугольного электрического импульса с коротким фронтом. Динамические исследования движения доменной границы в поле импульса с шириной переднего фронта в 20 нс при различных амплитудах импульса в диапазоне 200–400 В позволили оценить8константу неоднородного МЭ взаимодействия для пленок феррита граната в 10−6√︀эрг/см.∙ При помощи компьютерного моделирования показана возможность переключения состояния намагниченности в субмикронной частице магнитного диэлектрика статическим электрическим полем.
В зависимостиот величины и полярности приложенного поля частица может переключаться в однородное, вихревое и антивихревое состояние.∙ Зависимость топологического заряда частицы от электрического напряжения на электроде имеет гистерезисный характер. Расчетные управляющие напряжения для зарождения вихревого (антивихревого) состояния из однородного состояния намагниченности составили 100–150 Впри диаметре электрода в 5 нм и намагниченности насыщения материала в 5–50 Гс.∙ При изменении намагниченности в частице под действием прямоугольного электрического импульса возникают осцилляторные движения ядра вихря, спектр излучения которых лежит в диапазоне 1–10 ГГц. Частота зависит от величины и полярности импульса.
При изменении величины электрического поля от положительных к отрицательным значениям частота осцилляций вихря монотонно возрастает.∙ При увеличении намагниченности насыщения материала частицы гистерезисная зависимость становится асимметричной (вихревое состояние становится более выгодным), и при большой намагниченности насыщения однородное и вихревое состояния могут быть метастабильныв отсутствии электрического поля, при этом приложением импульсовэлектрического поля частицу можно переключать между этими состояниями.∙ На базе эффектов движения доменных границ в электрическом полеи переключения субмикронной частицы электрическим полем междудвумя метастабильными состояниями возможно построение электриче9ски управляемых элементов магнитной электроники: элементов памяти, генератора СВЧ-излчения, электромагнитооптического модулятора.Оценки их основных радиофизических характеристик следующие: быстродействие — единицы ГГц, управляющие напряжения — от 0.1 до 150В, энергия переключения — от 10−9 до 5 × 10−16 Дж (собственная энергия переключения, т.е.
без учета емкости подводящих проводов — до10−17 Дж), плотности токов — от 10 до 104 А/см2 .Апробация результатов. Основные результаты, изложенные в диссертации, доложены на следующих конференциях:1. XX международная школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники», 12–16 июня, 2006, Москва2.
International conference on Magnetism, 20–25 августа, 2006, Япония, Киото3. Международная конференция студентов, аспирантов, и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов–2007», секция «Физика»,2007, Москва4. EASTMAG–2007 «Magnetism on a nanoscale», 23–26 августа, 2007, Казань5. International Conference «Functional Materials», 1–6 октября, 2007, Украина, Крым, Партенит6. Всероссийская научная конференция студентов-физиков, ВНКСФ-14,27 марта – 3 апреля, 2008, Уфа7. Moscow International Symposium on Magnetism, 20–25 июня, 2008, Москва8. Ломоносовские чтения, секция Физики, 16–25 апреля, 2009, Москва9. Международная конференция «Новое в магнетизме и магнитных материалах», 28 июня–4 июля 2009, Москва10.
The International Conference on Magnetism, 26–31 июля, 2009, Германия,Карлсруэ11. Summer School of IEEE Magnetic Society, 20–25 сентября, Китай, Нанкин12. Научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладныеаспекты инновационных проектов Физического факультета МГУ», 18–1910ноября, 2009, Москва13. EASTMAG–2010 «Nanospintronics», 28 июля – 2 августа, 2010, Екатеринбург14. Magnetics and Optics Research International Symposium, 21–24 июня,2011, Нидерланды, Неймеген15. Moscow International Symposium on Magnetism, 21–25 августа, 2011, МоскваПубликации.
Результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах в реферируемых журналах.Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,обзора литературы, трех глав, заключения и библиографии. Общий объемдиссертации 113 страниц, из них 101 страница текста, включая 50 рисунков.Библиография содержит 88 наименований.Содержание работыВо введении обоснована актуальность темы исследований, сформулирована цель и описана структура диссертации, изложены основные научныеположения, выносимые на защиту.За введением следует обзор литературы, в котором рассмотрены теоретические и экспериментальные работы, посвященные неоднородному магнитоэлектрическому (МЭ) эффекту, веществам, проявляющим магнитоэлектрические свойства, эпитаксиальным пленкам ферритов гранатов как перспективным материалам для исследования неоднородного МЭ эффекта.
Такжев обзоре литературы рассмотрены принципы, лежащие в основе построенияустройств магнитной памяти, и вихри намагниченности, возникающие в субмикронных магнитных частицах.Первая глава посвящена компьютерному моделированию неоднородного магнитоэлектрического взаимодействия.11Неоднородный магнитоэлектрический эффект характеризуется вкладомв свободную энергию следующего вида (инвариант Лифшица) [20]: = (E · [m(∇ · m) − (m · ∇)m]).(1)где — вектор намагниченности, нормированный на намагниченность насыщения , — вектор напряженности электрического поля, а — константанеоднородного магнитоэлектрического взаимодействия.
Как видно из этойформулы, ̸= 0 только в области магнитных неоднородностей (например,доменных стенок) и не проявляется в однородно намагниченных областях(например, доменах).По объемной плотности свободной энергии (1) можно найти распределение электрической поляризации, и, соответственно, объемную плотностьэлектрических зарядов, связанную с магнитной неоднородностью. С помощью расчета зарядовой плотности показано, что вертикальные блоховскиелинии в доменных стенках должны обладать объемным электрическим зарядом. Следовательно, они, как и доменные стенки Нееля, могут быть подвержены действию электрического поля, и этот факт следует учитывать припланировании эксперимента.Для анализа динамики поведения магнитоэлектрических систем необходимо проводить микромагнитное моделирование. При этом неоднородныйМЭ эффект можно учесть, прибавив его вклад к эффективному магнитному полю при решении уравнения Ландау-Лифшица-Гильберта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
