Диссертация (1145326), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Наряду с отрицательным магнитосопротивлением,которое существует ниже перколяционного порога, проявляется эффект положительногомагнитосопротивления [321]. Величина магнитосопротивления существенно изменяется всильных электрических полях [176]. Кроме этого, ниже порога перколяции в суперпарамагнитной области обнаруживаются пространственные корреляции магнитных свойств [90] инаблюдается аномальный эффект Холла [88]. Особый интерес вызывает магнитосопротивление гетероструктур гранулированная пленка / полупроводник в режиме развитиялавинного процесса в полупроводнике [161,288]. Магнитосопротивление этих гетерострук8тур при комнатной температуре достигает 105 %, что может быть использовано для создания высокочувствительных датчиков и для увеличения спиновой поляризации инжектированных носителей в полупроводнике.
В связи с этим теоретическое и экспериментальноеисследование этих явлений является принципиально важным.Степень разработанности темы. Спинволновые возбуждения и спинзависимые электротранспортные явления в наноразмерных магнитных металл-диэлектрических гетероструктурах в настоящее время являются объектом интенсивных исследований. Несмотряна открытие новых явлений, многие процессы, происходящие в этих структурах, остаются непонятыми. Отсутствуют математические модели и методы, адекватно описывающиепроцессы со спиновыми взаимодействиями на наноразмерном масштабе, не изучена спинволновая динамика и релаксация магнитных нанообъектов, не в полной мере исследованэлектронный транспорт, спиновая поляризация носителей тока и магнитосопротивление.Все вышесказанное свидетельствует о большой актуальности темы исследования.Исходя из вышеизложенного, целью работы является: разработать математическиемодели и методы, описывающие спинволновые возбуждения в наноразмерных структурах и в структурах, содержащих наноразмерные включения, исследовать спинволновыевозбуждения и электронный транспорт в гранулированных структурах с ферромагнитными наночастицами в изолирующей матрице, изучить явления спинового транспорта,спиновой инжекции и магнитосопротивления в гранулированных структурах с ферромагнитными металлическими наночастицами и в гетероструктурах гранулированная пленка/ полупроводник.Новизна работы заключается в том, что в ней впервые:- Построены диаграммные разложения для квантовых систем с внутренней Ли-групповойдинамикой.
Диаграммная техника основана на разложении производящего функционаладля температурных функций Грина, определяемого через дифференциальные функциональные уравнения. Преимуществом развитой диаграммной техники является возможность нахождения эффективных кластерных аппроксимаций для моделей с сильными локальными взаимодействиями. Диаграммная техника обобщена на квантовые модели натопологически нетривиальных многообразиях и дает возможность применить когомологичекие методы и методы вторичного дифференциального исчисления.- В диссертации произведено обобщение уравнений Ландау-Лифшица на основе вышеразвитой диаграммной техники, которое применимо к магнитным нанообъектам.
В рамкахмодели Гейзенберга с магнитным дипольным и обменным взаимодействиями определенаспинволновая релаксация, обусловленная собственными процессами.- Для объяснения аномальной релаксации в магнитных нанокомпозитных структурах9предложена спин-поляризационная модель, заключающаяся в том, что спин ферромагнитных наночастиц взаимодействует со спинами неспаренных электронов, локализованных надефектах аморфной матрицы.- В рамках модели Гейзенберга с магнитным дипольным и обменным взаимодействиямимежду спинами развита теория длинноволновых спиновых волн и найдены дисперсионныекривые спиновых волн в зависимости от параметров порядка в неупорядоченных магнитных системах.- Исследование спиновых возбуждений в магнитных нанокомпозитах привело к разработкеметода спинволновой спектроскопии, с помощью которого получена информация о магнитных и проводящих свойствах исследуемых структур из дисперсионных характеристикспиновых волн.- Для объяснения особенностей электронного транспорта в гранулированных структурах с наноразмерными металлическими наночастицами в изолирующей аморфной матрице предложена модель кластерных электронных состояний (КЭС).
КЭС формируютсяпри определенной прозрачности туннельных барьеров между наночастицами из волновых функций s-, p-электронов оболочек атомов металлических частиц, когда волновыефункции электронов, находящихся на уровне Ферми, расплываются и локализуются нагруппе (кластере) частиц. Образование КЭС позволяет объяснить наблюдаемые экспериментальные явления: пики проводимости на температурной зависимости тока при понижении температуры в сильных электрических полях, переходы из изолирующего состоянияв проводящее при действии электрического поля, обратные переходы при снятии поля,гистерезис вольт-амперных характеристик и релаксацию проводимости.- Исследованы изменения диэлектрической проницаемости в гранулированных структурахс металлическими наночастицами, обусловленные изменениями размера КЭС, происходящие под действием электрического поля и температуры.-ОбнаруженэффектгигантскогомагнитосопротивлениявгетероструктурахSiO2 (Co)/GaAs, где SiO2 (Co) является гранулированной пленкой SiO2 с наночастицамиCo.
Эффект магнитосопротивления наблюдается как до, так и при развитии лавинногопроцесса в полупроводнике. Для гетероструктур SiO2 (Co)/GaAs с 71 at.% Co при лавинном процессе величина магнитосопротивления достигает 1000 (105 %) при комнатнойтемпературе.- Предложена модель эффекта гигантского магнитосопротивления в гетероструктурахгранулированная пленка / полупроводник, основанная на образовании спин-зависимогопотенциального барьера в полупроводнике вблизи интерфейса и положительной обратной10связи, формируемой дырками.
Действие спин-зависимого потенциального барьера усиливается рассеянием электронов назад на обменно-расщепленных уровнях квантовой ямы,образованной в интерфейсной области полупроводника, и накоплением заряда в яме.Достоверность результатов обусловлена применением современных методов расчета,сравнением с результатами, полученными другими методами и сопоставлением с экспериментами.Научная и практическая ценность работы- Развитая диаграммная техника позволяет находить эффективные кластерные аппроксимации для моделей с сильными локальными взаимодействиями.- Полученные теоретические результаты по распространению и релаксации спиновых волнв наноразмерных ферромагнитных пленках дают возможность разработать спинволновыеприборы наноразмерного масштаба (фильтры, линии задержки) СВЧ диапазона с низкими уровнями потерь.- Развит метод спинволновой спектроскопии, с помощью которого получена информация омагнитных и проводящих свойствах исследуемых магнитных нанокомпозитных структуриз дисперсионных характеристик спиновых волн.- На основе проведенных исследований диэлектрических и магнитных потерь в гранулированных 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 полупроводник / гранулированная пленка с ферромагнитными металлическими наночастицами,дает возможность создания высокочувствительных магнитных сенсоров.Основные положения, выносимые на защиту:1.
Диаграммная техника для квантовых систем с внутренней Ли-групповой динамикой.Преимуществом развитой диаграммной техники является возможность нахождения эффективных кластерных аппроксимаций для моделей с сильными локальными взаимодействиями и обобщение на квантовые модели на топологически нетривиальных многообразиях.112. Диаграммное разложение для спиновой системы, описываемой моделью Гейзенберга собменным и магнитным дипольным взаимодействиями и применимой к магнитным нанообъектам, в рамках которого получены обобщенные уравнения Ландау-Лифшица и определена спинволновая релаксация, обусловленная собственными процессами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
