Автореферат (1150501), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Благодаря обнаруженным в атомной структуретреугольным дислокациям и наличию под графеном атомов Co, вытесненныхпри образовании данных дислокаций, магнитный момент, передаваемый отферромагнитной подложки к графену, оказывается достаточным для появленияиндуцированного обменного взаимодействия в графене, которое влияет наэлектронную спиновую структуру графена, что и было продемонстрировано внастоящей диссертации.В седьмой главе на основании экспериментальных результатов, которыебыли представлены в главах 4 и 6 диссертации, предложены модели спиновыхэлектронных устройств на основе графена.
С одной стороны, благодарялинейной дисперсионной зависимости π состояний, графен обладает такимисвойствами как аномально высокая подвижность носителей заряда на уровнеФерми и большая длина спиновой релаксации. Это делает графенперспективным материалом для транспорта спиновых токов в устройствахспинтроники. С другой стороны, большое спин-орбитальное расщеплениеэлектронных состояний в графене, обнаруженное при контакте с Au и Pt (глава 4диссертации) открывает перспективы использования графена в качествеактивного элемента устройства спинтроники для генерации спинполяризованных токов.
В диссертации предложена модель графеновогоспинового фильтра. Показано, что классическая модель с ферромагнитными(ФМ) контактами не может быть использована вследствие искаженияэлектронной структуры конуса Дирака состояний графена вблизи уровня Фермии потери при этом уникальных транспортных характеристик графена. Однако,интеркаляция атомов Au под графен на Ni(111) приводит к восстановлениюлинейной дисперсионной зависимости π состояний в графене.
В связи с этимпредложена усовершенствованная модель графенового спинового фильтра,состоящая из двух электродов в виде контактов графен/Au/Ni(111) и монослояграфена, используемого для транспорта спин-поляризованных токов от одногоэлектрода к другому. Также показана возможность использования контактаграфен/Pt(111) для генерации спиновых токов и перемагничивания ФМ Ni-Feнаноточек, расположенных на графене.
Спин-поляризованные π состояния и Pt dсостояния пересекают уровень Ферми в области точки K ЗБ, что делаетдоступной спиновую инжекцию между этими состояниями. На основанииэкспериментальных результатов по исследованию спиновой структуры контактаграфен/Pt с неискаженным конусом Дирака электронных состояний вблизиуровня Ферми, предполагается возможность использования данной системы для15фомирования спиновых токов.
Вследствие спин-орбитального торк-эффекта награнице между графеном и Ni-Fe наноточкой, формируемые спиновые токимогут привести к индуцированному перемагничиванию ФМ наноточек смагнитным моментом, направленным в плоскости поверхности. Проведенныетеоретические оценки и микромагнитное моделирование показали, что дляэкспериментально наблюдаемой величины спин-орбитального расщепления πсостояний 80 мэВ создаваемого эффективного магнитного поля достаточно,чтобы изменить намагниченность ФМ наноточки. Основные результаты,представленные в данной главе, опубликованы в работах [A7], [A8].В Заключении приводятся основные выводы диссертации.В ходе проведенных исследований были изучены особенности электронной испиновой структуры низкоразмерных систем на основе графена и тонких слоевметаллов с различной структурой валентной зоны и атомным номером.Исследован эффект индуцированного спин-орбитального взаимодействия втонких слоях металлов с различным атомным номером на поверхности W(110) иMo(110) также с отличными атомными номерами, но схожей электроннойструктурой.
Проанализировано влияние спин-орбитального взаимодействия вподложке и в слое на особенности формирования спиновой структурыисследуемых систем.Выявлено, что индуцированное спин-орбитальное взаимодействие в графенепри контакте с различными металлами зависит от наличия в валентной зоненижележащего металла спин-поляризованных состояний, взаимодействие скоторыми приводит к спин-орбитальному расщеплению π состояний графена.Эффекты спин-зависимой гибридизации и большого спин-орбитальногорасщепления π состояний наблюдаются для систем графен/Au/Ni(111) играфен/Pt(111) с величиной расщепления 100 мэВ и 80 мэВ, соответственно.
Приэтом для графена на Ni(111) с интеркалированными атомами Cu, Biэкспериментально не обнаружено спин-орбитального расщепления π состоянийграфена. Исследована электронная и спиновая структура графена,синтезированного на поверхности ферромагнитного металла Co иинтеркалированного атомами Au. Показано, что влияние обменноговзаимодействия ферромагнитного металла и спин-орбитального взаимодействиянемагнитного металла приводит к несимметричной спиновой структуре πсостоянийграфенавобластидолиндвухпротивоположныхвысокосимметричных точек K и K и максимальной величине расщепления πсостояний до 150 мэВ. В локальной атомной структуре системыграфен/Au/Co(0001) впервые обнаружено формирование треугольныхструктурных дислокаций, которые играют ключевую роль для возникновенияиндуцированного обменного взаимодействия в графене. На основанииисследований, проведенных в рамках диссертационной работы, предложены двемодели спиновых электронных устройств – графенового спинового фильтра иреверсного переключателя намагниченности спиновым током, формируемым всистеме с большим спин-орбитальным расщеплением электронных состояний,без использования внешнего магнитного поля.16Цитированная литература[1] E.
I. Rashba. Spintronics: Sources and Challenge // Journal of Superconductivity. —2002. — Vol. 15. — Pp. 13–17.[2] K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov et al. Two-dimensional gas of masslessDirac fermions in graphene // Nature. — 2005. — Vol. 438. — P. 197.[3] A. K. Geim, K. S. Novoselov.
The rise of graphene // Nature materials. — 2007. —Vol. 6. — P. 183.[4] M. Gmitra, S. Konschuh, C. Ertler et al. Band-structure topologies of graphene: Spinorbit coupling effects from first principles // Phys. Rev. B. — 2009. — Vol. 80. — P.235431.[5] D.
Usachov, A. Fedorov, M. Otrokov et al. Observation of Single-Spin Dirac Fermionsat the Graphene/Ferromagnet Interface // Nano Lett. — 2015. — Vol. 15. — P. 2396.[6] J. Jacobsen, L. P. Nielsen, F. Besenbacher et al. Atomic-Scale Determination of MisfitDislocation Loops at Metal-Metal Interfaces // Phys. Rev. Lett. — 1995. — Vol. 75.
— P.489.Список публикаций по теме диссертации[A1] А.М. Шикин, А.Г. Рыбкин, Д.Е. Марченко, А.А. Попова (Рыбкина) и др.Графен. Синтез и особенности электронной структуры // Российскиенанотехнологии. — 2011. — Т. 6. — С. 36–41.[A2] А.А. Попова (Рыбкина), А.М. Шикин, Д.Е. Марченко и др. Рольковалентного взаимодействия в формировании электронной структуры графенана поверхности Ni(111) с интеркалированными слоями Au и Cu // Физикатвердого тела. — 2011. — Т. 53. — С.
2409–2413.[A3] A.M. Shikin, A.A. Rybkina, M.V. Rusinova et al. Effect of spin–orbit couplingon atomic-like and delocalized quantum well states in Au overlayers on W(110) andMo(110) // New Journal of Physics. — 2013. — Vol. 15. — P. 125014.[A4] A.M. Shikin, A.A. Rybkina, A.S. Korshunov et al. Induced Rashba splitting ofelectronic states in monolayers of Au, Cu on a W(110) substrate // New Journal ofPhysics. — 2013.
— Vol. 15. — P. 095005.[A5] A.M. Shikin, A.G. Rybkin, D. Marchenko, A.A. Rybkina et al. Induced spin–orbit splitting in graphene: the role of atomic number of the intercalated metal and -hybridization // New Journal of Physics. — 2013. — Vol. 15. — P. 013016.[A6] A.A. Rybkina, A.G. Rybkin, A.V. Fedorov et al. Interaction of graphene withintercalated Al: The process of intercalation and specific features of the electronicstructure of the system // Surface Science. — 2013. — Vol. 609. — Pp. 7–17.[A7] A. A. Rybkina, A. G. Rybkin, V.
K. Adamchuk et al. The graphene/Au/Niinterface and its application in the construction of a graphene spin filter //Nanotechnology. — 2013. — Vol. 24. — P. 295201.[A8] A. M. Shikin, A. A. Rybkina, A. G. Rybkin et al. Spin current formation at thegraphene/Pt interface for magnetization manipulation in magnetic nanodots // AppliedPhysics Letters. — 2014. — Vol. 105. — P.
042407..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
