Электрическое управление микромагнитными неоднородностями как новый принцип работы устройств магнитной электроники (1105264), страница 4
Текст из файла (страница 4)
а) и б) — два состояния устройства, соответствующие логическому «0» и «1».Эффект зарождения и уничтожения вихревого состояния в цилиндрической частице может быть использован для записи информации. При этомметастабильные однородное и вихревое состояния могут представлять значения «1» и «0». Различение этих состояний при считывании обеспечиваютсущественно разные величины полей рассеяния у этих состояний.На эффекте движения доменных границ также могут быть основаныячейки энергонезависимой памяти, если создать в ячейке два дефекта, междукоторыми стенку можно будет перемещать электрическим полем (рис. 7).Основное ограничение на быстродействие этих устройств накладываетвремя перемагничивания материала, а в энергию записи, в связи с большимизначениями управляющего напряжения, наибольший вклад вносит энергияперезарядки электрода. Характеристики этих устройств, наряду с характеристиками устройств магнитной памяти, основанных на других эффектах [2],представлены в таблице 1.Наряду с устройствами памяти в третьей главе рассматриваются оптические модуляторы, основанные на движении доменных стенок и импульсныегенераторы СВЧ-излучения с перестраиваемой электрическим полем частотой.19Таблица 1.
Сравнение неоднородного МЭ эффекта с другими технологиями построенияустройств памятиЭнергозависимостьДаНетНетНетНетНетРазмер ячейки36–1010515–3416–406–20Время чтения (нс)30105020–803–202–20МЭстенки2Нет300 нм2–20 41 мкс /1 мс /10 мс0,1 мс503–202–20110161051051012>1015>1015Энергия записиНизкаяВысокаяВысокаяНизкаяВысокаяНизкаяНапряжение (В)26–816–202–3DRAMВремя записи /стирания (нс)Кол-во цикловперезаписи50FlashFlash(NOR)(NAND)FeRAMПлотность тока, А/см2MRAMSTT-RAM13<1.5107 –108106 –107?5Низкая0.1–100101МЭвихри2Нет100 нм2–20 40,5?5Высокая1503×104Находится на стадии прототипа.Находятся на стадии идеи.3Размер ячейки указан в структурных единицах 2, заданных возможностями технологического процесса. F — минимальный линейный размер детали литографического изображения.
Для МЭ устройств указан размер в нанометрах.4Время чтения для МЭ устройств аналогично устройствам STT-RAM, т.к. чтение основано на том же принципе.5Надежность МЭ устройств экспериментально не проверялась, однако в них отсутствуетмеханизм износа, имеющийся в зарядовых устройствах типа Flash.12Выводы1. Экспериментальные исследования показали, что в магнитных диэлектриках возможно управление доменными стенками и вертикальнымиблоховскими линиями при помощи статических электрических полей.∙ В магнитоэлектрическом веществе вертикальные линии Блоха обладают поверхностным и объемным зарядом.∙ В пленках ферритов гранатов с кристаллографической ориентацией подложки (210 и (110) наблюдаются обратимые смещения доменных стенок (до 5 мкм) под действием электрического поля отметаллического электрода диаметров 20 мкм при управляющихнапряжения от 100 В до 1.5 кВ.
Направление смещения сменяетсяна противоположное при изменении полярности электрической напряжения. Возможны также необратимые смещения на расстояния20>5 мкм. Эффект не наблюдается в пленках с подложкой (111).∙ Исследования динамики движения доменной границы в поле прямоугольного электрического импульса с коротким фронтом методом высокоскоростной фотографии при различных амплитудах импульса в диапазоне 200–400 В позволяют оценить константу неоднородного МЭ взаимодействия для пленок феррита граната в 10−6√︀эрг/см.∙ Смещение ВБЛ вдоль доменной стенки электрическим полем также возможно.2.
Численное моделирование показало, что в субмикронных частицах магнитных диэлектриков электрическим полем можно переключать состояния намагниченности между квазиоднородным, вихревым и антивихревым.∙ Зависимость топологического заряда частицы от электрическогонапряжения на электроде имеет гистерезисный характер. Расчетные управляющие напряжения для зарождения вихревого (антивихревого) состояния из однородного состояния намагниченностисоставляют 100–150 В при диаметре электрода в 5 нм и намагниченности насыщения материала в 5–50 Гс.∙ При увеличении намагниченности насыщения материала однородное и вихревое состояния частицы становятся метастабильнымипри нулевом электрическом поле, и возможно переключение электрическим полем между этими состояниями.3. На основе продемонстрированных эффектов возможно создание устройствспинтроники, работающих на частотах порядка 1 ГГц и использующихполевой принцип управления: генератора СВЧ-излучения, электромагнитооптического модулятора, элементов памяти.21Основные результаты диссертации отражены вследующих публикациях:1.
Logginov A. S., Meshkov G. A., Nikolaev A. V. et al. Electric field control ofmicromagnetic structure // Journal of Magnetism and Magnetic Materials.2007. Vol. 310, no. 2. Pp. 2569–2571.2. Логгинов А. С., Мешков Г. А., Николаев А. В., Пятаков А. П. Магнитоэлектрическое управление доменными границами в пленке феррита граната // Письма в ЖЭТФ. 2007.
Т. 86, № 2. С. 124–127.3. Звездин А. К., Логгинов А. С., Мешков Г. А., Пятаков А. П. Мультиферроики: перспективные материалы микроэлектроники, спинтроники исенсорной техники // Известия РАН, cерия физическая. 2007. Т. 71, № 11.С. 1604–1605.4. Logginov A. S., Meshkov G.
A., Nikolaev A. V. et al. Room temperaturemagnetoelectric control of micromagnetic structure in iron garnet films //Applied Physics Letters. 2008. Vol. 93. P. 182510.5. Logginov A., Meshkov G., Nikolaev A. et al. Electric Field Driven MagneticDomain Wall Motion in Iron Garnet Films // Solid State Phenomena. 2009.Vol. 152–153. Pp. 143–146.6. Pyatakov A. P., Sergeev A. S., Sechin D. A. et al. Magnetic domain wallmotion triggered by electric field // J.
Phys.: Conf. Ser. 2010. Vol. 200.P. 032059.7. Пятаков А. П., Мешков Г. А., Логгинов А. С. О возможности зарожденияв магнитных диэлектриках магнитных вихрей и антивихрей с помощьюэлектрического поля // Вестник Московского Университета, Серия 3 Физика и Астрономия. 2010. Т. 4. С. 91–93.8. Pyatakov A. P., Meshkov G. A. The Influence of Electric Field on MagneticVortices in Confined Magnetic Structures // PIERS Online. 2010. Vol.
6,no. 6. Pp. 582–584.9. Meshkov G. A., Pyatakov A. P., Belanovsky A. D. et al. Writing vortex memory bits using electric field // Journal of the Magnetics Society of Japan. 2011.22doi: 10.3379/msjmag.1108M009.10. Pyatakov A. P., Meshkov G. A., Zvezdin A. K. Electric polarization of magnetic textures: new horizons of micromagnetism // JMMM. 2011. (in print).11. Звездин А. К., Логгинов А. С., Мешков Г. А., Пятаков А. П. Мультиферроики: перспективные материалы микроэлектроники, спинтроники исенсорной техники // Новые магнитные материалы микроэлектроники,сборник трудов XX международной школы-семинара. Москва: 2006. —12–16 июня. С.
575.12. Logginov A. S., Nikolaev A. V., Zvezdin A. K. et al. Electric field controlof submicron magnetic structures // International conference on Magnetism,Abstracts. Vol. PSMo-J-441. Kyoto, Japan: 2006. — August 20–25. P. 234.13. Мешков Г. А. Управление микромагнитными структурами при помощи электрического поля // Международная конференция студентов, аспирантов, и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2007», секция «Физика», сборник тезисов. Москва: 2007. — 11–14 апреля. С.
259.14. Meshkov G. A., Pyatakov A. P., Nikolaev V. A., Logginov A. S. Magnetoelectric control of magnetic domain wall structrure // EASTMAG-2007 «Magnetism on a nanoscale», Abstract Book. Kazan: 2007. — 23–26 August. P. 38.15. Pyatakov A. P., Nikolaev A. V., Meshkov G. A., Logginov A. S. Electric field induced micromagnetic structure transfromation in ferrite garnetfilms // International Conference «Functional Materials», ICFM-2007, Abstracts. Ukraine, Crimea, Partenit: 2007.
— October 1–6. P. 218.16. Мешков Г. А. Действие электрического поля на статические и динамические микромагнитные структуры // ВНКСФ-14, сборник тезисов. Уфа:2008. — 27 марта – 3 апреля. С. 318–320.17. Logginov A., Meshkov G., Nikolaev A. et al. Electric Field Driven Magnetic Domain Wall Motion in Ferrite Garnet Films // Moscow InternationalSymposium on Magnetism, Books of Abstract. Moscow: 2008.
— June 20–25.P. 645.18. Пятаков А. П., Мешков Г. А., Николаева Е. П. et al. Движение магнитных23доменных границ под действием электрического поля // Ломоносовскиечтения, секция Физики. Москва: 2009. — 16–25 апреля. P. 79.19. Мешков Г. А., Пятаков А. П., Николаева Е. П. и др. Управление микромагнитной структурой при помощи электрического поля, // Сборниктрудов конференции НМММ-21. Москва: 2009. — 28 июня–4 июля. С. 312.20. Pyatakov A. P., Nikolaeva E. P., Meshkov G.
A. et al. Magnetic domainwall motion triggered by electric field // The International Conference onMagnetism — ICM 2009. Karlsruhe, Germany: 2009. — July 26–31. P. 232.21. Meshkov G. A., Pyatakov A. P., Nikolaev A. V. et al. Magnetic domain wallmotion induced by electric field // Summer School of IEEE Magnetic Society.Nanjing, China: 2009. — 20–25 Sep.22. Пятаков А. П., Мешков Г. А., Сечин Д. А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
