Автореферат (1145325), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Преимуществом развитой диаграммной техники является возможность нахожденияэффективныхкластерныхаппроксимацийдлямоделейссильнымилокальнымивзаимодействиями.- В диссертации произведено обобщение уравнений Ландау-Лифшица на основе вышеразвитойдиаграммной техники, которое применимо к магнитным нанообъектам. В рамках моделиГейзенберга с магнитным дипольным и обменным взаимодействиями, найден закон дисперсииспиновых волн и определена их спинволновая релаксация.- Для объяснения аномальной релаксации в магнитных нанокомпозитных структурахпредложена спин-поляризационная модель, заключающаяся в том, что спин ферромагнитныхнаночастиц взаимодействует со спинами неспаренных электронов, локализованных на дефектахаморфной матрицы.- Разработан метод спинволновой спектроскопии, с помощью которого получена информация омагнитных и проводящих свойствах магнитных нанокомпозитных структур из дисперсионныххарактеристик спиновых волн.- Предложена модель кластерных электронных состояний (КЭС), объясняющая особенностиэлектронного транспорта в гранулированных структурах с наноразмерными металлическиминаночастицами в изолирующей аморфной матрице.
КЭС формируются при определеннойпрозрачности туннельных барьеров между наночастицами из волновых функций s-, pэлектронов оболочек атомов металлических частиц, когда волновые функции электронов,находящихся на уровне Ферми, расплываются и локализуются на группе (кластере) частиц. Для6подтверждения модели КЭС проведена серия экспериментальных исследований электроннойпроводимости гранулированных структур с наноразмерными металлическими наночастицами.Образование КЭС позволяет объяснить наблюдаемые экспериментальные явления: пикипроводимости на температурной зависимости тока при понижении температуры в сильныхэлектрических полях, переходы из изолирующего состояния в проводящее при действииэлектрического поля, обратные переходы при снятии поля, гистерезис вольт-амперныххарактеристик и релаксацию проводимости.- Обнаружен эффект гигантского магнитосопротивления в гетероструктурах SiO2(Co)/GaAs, гдеSiO2(Co)являетсягранулированнойпленкойSiO2снаночастицамиCo.Эффектмагнитосопротивления наблюдается как до, так и при развитии лавинного процесса вполупроводнике.
Для гетероструктур SiO2(Co)/GaAs с 71 at.% Co при лавинном процессевеличина магнитосопротивления достигает 1000 (105 %) при комнатной температуре.- Предложена модель эффекта гигантского магнитосопротивления в гетероструктурахгранулированная пленка / полупроводник, основанная на образовании спин-зависимогопотенциального барьера в полупроводнике вблизи интерфейса и положительной обратнойсвязи,формируемойдыркамиприлавинномпроцессе.Действиеспин-зависимогопотенциального барьера усиливается рассеянием электронов назад на обменно-расщепленныхуровнях квантовой ямы, образованной в интерфейсной области полупроводника, инакоплением заряда в яме.Достоверность результатов обусловлена применением современных методов расчета,сравнениемсрезультатами,полученнымидругимиметодамиисопоставлениемсэкспериментами.Научная и практическая ценность работы- Полученные теоретические результаты по распространению и релаксации спиновых волн внаноразмерных ферромагнитных пленках дают возможность разработать спинволновыеприборы наноразмерного масштаба (фильтры, линии задержки) СВЧ диапазона с низкимиуровнями потерь.- Развит метод спинволновой спектроскопии, с помощью которого получена информация омагнитных и проводящих свойствах исследуемых магнитных нанокомпозитных структур издисперсионных характеристик спиновых волн.-Наосновепроведенныхисследованийдиэлектрическихимагнитныхпотерьвгранулированных структурах с ферромагнитными наночастицами разработаны многослойныетонкие широкополосные поглощающие покрытия электромагнитных волн СВЧ диапазона,которые обладают преимуществами перед покрытиями, основанными на ферритах - потолщине, весу и частотной широкополосности поглощения.
Радиопоглощающие покрытиязащищены патентами.- Эффект гигантского магнитосопротивления, наблюдаемый в гетероструктурах полупроводник7/ гранулированная пленка с ферромагнитными металлическими наночастицами, даетвозможность создания высокочувствительных магнитных сенсоров.Основные положения, выносимые на защиту:1. Диаграммная техника для квантовых систем с внутренней Ли-групповой динамикой.Преимуществомэффективныхразвитойкластерныхдиаграммнойтехникиаппроксимацийявляетсядлямоделейвозможностьнахождениясильнымилокальнымисвзаимодействиями и обобщение на квантовые модели на топологически нетривиальныхмногообразиях.2.
Диаграммное разложение для спиновой системы, описываемой моделью Гейзенберга собменным и магнитным дипольным взаимодействиями и применимой к магнитнымнанообъектам, в рамках которого получены обобщенные уравнения Ландау-Лифшица иопределена спинволновая релаксация, обусловленная собственными процессами. Установлено,что магнитное дипольное взаимодействие дает главный вклад в релаксацию длинноволновыхспиновых волн и однородной прецессии в ферромагнитном образце по сравнению с обменнымвзаимодействием.
Обнаружено, что в ферромагнитных пленках наноразмерной толщины притолщине пленки меньшей определенного значения запрещен процесс слияния спинволновыхмод и должны наблюдаться слабозатухающие спиновые волны.3.Теоретическаямодельспиновых возбужденийвгранулированныхструктурахсферромагнитными наночастицами в диэлектрической матрице. В рамках развитой моделинайден механизм спин-поляризационной релаксации, благодаря которому гранулированныеструктуры обладают аномально большим коэффициентом затухания спиновых возбуждений ибольшой шириной линии ФМР.
Экспериментально подтверждено уменьшение коэффициентазатуханияспиновыхвозбужденийсростомконцентрациимагнитныхгранулвгранулированных структурах и полученные зависимости объяснены механизмом спинполяризационной релаксации.4. Теоретическая модель длинноволновых спиновых волн в гранулированных структурах сферромагнитныминаночастицами.Найдено,чтоспиноваяразупорядоченностьферромагнитных наночастиц приводит к существенному изменению дисперсионных кривыхспиновых волн и к появлению дополнительных ветвей.5. Метод спинволновой спектроскопии и экспериментальные результаты определениямагнитных и электрических характеристик магнитных наноструктур из дисперсионныхзависимостей и групповых скоростей спиновых волн.6.Теоретическая модель кластерных электронных состояний (КЭС) в гранулированныхструктурах с металлическими наночастицами. КЭС образуются при достаточно большойпрозрачности туннельных барьеров между наночастицами и формируются из волновыхфункций s-, p-электронов оболочек атомов металлических частиц, когда волновые функцииэлектронов, находящихся на уровне Ферми, расплываются и локализуются на группе (кластере)8частиц.
Формирование КЭС влияет на электронный транспорт в гранулированных структурах.Спомощью моделиКЭСобъясненыполученныеэкспериментальныефакты:пикипроводимости на температурной зависимости тока при понижении температуры в сильныхэлектрических полях, переходы из изолирующего состояния в проводящее при действииэлектрического поля, обратные переходы при снятии поля и релаксация проводимости.7.Эффекты, проистекающие от процессов неупругого резонансного туннелирования черезцепочку локализованных состояний в аморфном слое между КЭС в гранулированныхструктурах с металлическими наночастицами, находящимися ниже порога перколяции.
Изтемпературных зависимостей проводимости определены числа локализованных состояний вматрице, через которые происходит процесс туннелирования между КЭС.8. Теоретическая модель диэлектрической проницаемости гранулированных структур,обусловленнаяобразованиемКЭС.Экспериментальноеподтверждениеизмененийдиэлектрической проницаемости, вызванные изменением размеров КЭС, под действиемэлектрического поля, температуры и отжига.9. Теоретическая модель спин-ориентированного электронного транспорта в гранулированныхструктурах с ферромагнитными металлическими наночастицами, который происходитпосредством неупругого резонансного туннелирования через цепочку слаборасщепленныхлокализованных состояний в матрице.
Экспериментальное подтверждение следствий модели,проявляющихся в максимуме магнитосопротивления при определенной концентрациинаночастиц и в отсутствии насыщения магнитосопротивления в сильных магнитных полях.10. Эффект гигантского магнитосопротивления в гетероструктурах SiO2(Co)/GaAs, где SiO2(Co)является гранулированной пленкой SiO2 с наночастицами Co.
Эффект магнитосопротивлениянаблюдается как до, так и при развитии лавинного процесса в полупроводнике. ДлягетероструктурSiO2(Co)/GaAsс71at.%Coприлавинномпроцессевеличинамагнитосопротивления достигает 1000 (105 %) при комнатной температуре.11. Теоретическая модель эффекта гигантского магнитосопротивления в гетероструктурахгранулированная пленка / полупроводник, основанная на образовании спин-зависимогопотенциального барьера в полупроводнике вблизи интерфейса и положительной обратнойсвязи,формируемойдыркамиприлавинномпроцессе.Действиеспин-зависимогопотенциального барьера усиливается рассеянием электронов назад на обменно-расщепленныхуровнях квантовой ямы, образованной в интерфейсной области полупроводника, инакоплением заряда в яме.Личный вклад автора. Все теоретические результаты, представленные в работе, полученылично автором.
Экспериментальные исследования и подготовка публикаций получены либолично автором, либо при непосредственной работе с соавторами.Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались наМеждународном семинаре по спиновым волнам (С.-Петербург, 2000, 2007, 2009, 2011, 2013), на9Международном школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва,2000, 2002, 2004, 2006, 2009), IWFAC (С.-Петербург, 1999, 2001, 2003, 2005), наМеждународной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (С.Петербург, 2000), на Международном семинаре по проблемам магнетизма в магнитныхпленках, малых частицах и наноструктурных объектах, (Астрахань, 2003), InternationalesWissenschaftliches Kolloquium (Illmenau, Germany, 2003), International Conference "FunctionalMaterials", ICFM (Crimea, Ukraine, 2003, 2005, 2007, 2011), на XIV Международнойконференции по электростатическим ускорителям и пучковым технологиям (Обнинск, 2001),на 1 Всероссийской конференции по наноматериалам НАНО-2004 (Москва), Nanomeeting-2005(Minsk, Belarus, 2005), на Первой международной конференции "Наноструктурные Материалы 2008: Беларусь - Россия - Украина (НАНО-2008)", Moscow International Symposium ofMagnetism (MISM, Moscow, 2005, 2008), International Conference on NanoBio Technologies (SaintPetersburg, 2008), на XIII Международном Симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника»(Нижний Новгород, 2009), на IV Euro-Asian Symposium “Trends in Magnetism: NanospintronicsEASTMAG 2010” (Ekaterinburg, Russia, 2010), на 8th Advanced Research Workshop "Fundamentalsof Electronic Nanosystems "NANOПИТЕР-2012 (С.-Петербург, 2012), на XXII Международнойконференции "Новое в магнетизме и магнитных материалах" (Астрахань, 2012), на JointEuropean Magnetic Symposia JEMS-2012 (Italy, Parma, 2012), на 21th International Symposium"Nanostructures: Physics and Technology", (Санкт-Петербург, 2013).Публикации.
Материалы диссертации опубликованы в 145 печатных работах, из них 45 статейв периодических изданиях, рекомендованных ВАК, 2 монографии, 88 статей в сборникахтрудов конференций и 7 патентов на изобретения и полезную модель.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения,где представлены основные результаты работы. Общий объем диссертации составляет 381страницу, включая 147 рисунков и 1 таблицу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
