Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой
Выполнены систематические исследования сигнала отклика точечных микроконтактов медь–пермаллой (Ni₈₀Fe₂₀) на микроволновое облучение (8–12 ГГц). Изучено влияние на измеряемый сигнал напряженности внешнего магнитного поля, транспортного тока, текущего через контакт, интенсивности и частоты ВЧ облучен...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика низких температур |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/119671 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой / О.П. Балкашин, В.В. Фисун, И.А. Коровкин, V. Korenivski // Физика низких температур. — 2014. — Т. 40, № 10. — С. 1187-1197. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-119671 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Балкашин, О.П. Фисун, В.В. Коровкин, И.А. Korenivsk, V. 2017-06-08T04:35:08Z 2017-06-08T04:35:08Z 2014 Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой / О.П. Балкашин, В.В. Фисун, И.А. Коровкин, V. Korenivski // Физика низких температур. — 2014. — Т. 40, № 10. — С. 1187-1197. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. 0132-6414 PACS 72.25.–b, 75.75.–c, 85.75.–d, 76.50.+g https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/119671 Выполнены систематические исследования сигнала отклика точечных микроконтактов медь–пермаллой (Ni₈₀Fe₂₀) на микроволновое облучение (8–12 ГГц). Изучено влияние на измеряемый сигнал напряженности внешнего магнитного поля, транспортного тока, текущего через контакт, интенсивности и частоты ВЧ облучения. Проанализированы вклады в электросопротивление контактов от эффектов гигантского и анизотропного магнитосопротивления. Экспериментально установлено, что положение резонансных особенностей хорошо совпадает с расчетом по формуле Киттеля для ФМР в пленке в параллельном магнитном поле. Резонансный сигнал наблюдался на фоне дополнительного вклада, обусловленного выпрямлением ВЧ тока на нелинейной вольт-амперной характеристике контакта. Обнаружены два механизма появления резонансного отклика: синхронное самодетектирование от смешения ВЧ тока с временными вариациями сопротивления и болометрический отклик, связанный со стационарным изменением сопротивления контакта при возбуждении прецессии намагниченности. Установлено, что амплитуда резонансного сигнала линейно пропорциональна величине транспортного тока через контакт и интенсивности микроволнового облучения. Виконано систематичні дослідження сигналу відгуку точкових мікроконтактів мідь–пермалой (Ni₈₀Fe₂₀) на мікрохвильове опромінення (8–12 ГГц). Вивчено вплив на вимірюваний сигнал напруженості зовнішнього магнітного поля, транспортного струму через контакт, інтенсивності та частоти ВЧ опромінення. Проаналізовано вклади в електроопір контактів від ефектів гігантського та анізотропного магнітоопору. Експериментально встановлено, що положення резонансних особливостей добре збігається з розрахунком за формулою Кіттеля для ФМР в плівці в паралельному магнітному полі. Резонансний сигнал спостерігався на фоні додаткового вкладу, обумовленого випрямленням ВЧ струму на нелінійній вольт-амперній характеристиці контакту. Виявлено два механізми появи резонансного відгуку: синхронне самодетектування від змішування ВЧ струму з варіаціями опору від часу і болометричний відгук, пов'язаний зі стаціонарною зміною опору контакту при збудженні прецесії намагніченості. Встановлено, що амплітуда резонансного сигналу лінійно пропорційна величині транспортного струму через контакт та інтенсивності мікрохвильового опромінення. The systematic investigations of the response signal of Copper–Permalloy (Ni₈₀Fe₂₀) point contacts to microwave irradiation (8–12 GHz) are performed. The influence of external magnetic field strength, transport current flowing through the contact, the intensity and frequency of the RF exposure on the measured signal is studied. The contributions to the contacts resistance from the effects of giant and anisotropic magnetoresistance are analyzed. It is established experimentally that the position of resonance features is in good agreement with the Kittel formula calculation for FMR in the film at a parallel H field. The resonance signal was observed on the background of an additional contribution due to the rectification of RF current on the nonlinear contact IV-curve. It is found that there are two mechanisms for the resonant response are revealed: a synchronous self-detection by means of mixing of RF current with temporal variations of resistance and a bolometric mechanism associated with a steady-state change of contact resistance under excitation of magnetization precession (a bolometric response). It is found that the resonance signal amplitude is linearly proportional to transport current through the contact and microwave irradiation intensity. Работа выполнена при финансовой поддержке НАН Украины по проектам ФЦ 3–19 и N 26/14 – Н (НАНО). Авторы признательны Ю.Г. Найдюку за полезные обсуждения и ценные замечания. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур III Международный семинар по микроконтактной спектроскопии Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой Ferromagnetic resonance in copper-permalloy point contacts Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой |
| spellingShingle |
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой Балкашин, О.П. Фисун, В.В. Коровкин, И.А. Korenivsk, V. III Международный семинар по микроконтактной спектроскопии |
| title_short |
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой |
| title_full |
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой |
| title_fullStr |
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой |
| title_full_unstemmed |
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой |
| title_sort |
ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой |
| author |
Балкашин, О.П. Фисун, В.В. Коровкин, И.А. Korenivsk, V. |
| author_facet |
Балкашин, О.П. Фисун, В.В. Коровкин, И.А. Korenivsk, V. |
| topic |
III Международный семинар по микроконтактной спектроскопии |
| topic_facet |
III Международный семинар по микроконтактной спектроскопии |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Ferromagnetic resonance in copper-permalloy point contacts |
| description |
Выполнены систематические исследования сигнала отклика точечных микроконтактов медь–пермаллой (Ni₈₀Fe₂₀) на микроволновое облучение (8–12 ГГц). Изучено влияние на измеряемый сигнал напряженности внешнего магнитного поля, транспортного тока, текущего через контакт, интенсивности
и частоты ВЧ облучения. Проанализированы вклады в электросопротивление контактов от эффектов гигантского и анизотропного магнитосопротивления. Экспериментально установлено, что положение резонансных особенностей хорошо совпадает с расчетом по формуле Киттеля для ФМР в пленке в параллельном магнитном поле. Резонансный сигнал наблюдался на фоне дополнительного вклада,
обусловленного выпрямлением ВЧ тока на нелинейной вольт-амперной характеристике контакта. Обнаружены два механизма появления резонансного отклика: синхронное самодетектирование от смешения
ВЧ тока с временными вариациями сопротивления и болометрический отклик, связанный со стационарным изменением сопротивления контакта при возбуждении прецессии намагниченности. Установлено,
что амплитуда резонансного сигнала линейно пропорциональна величине транспортного тока через контакт и интенсивности микроволнового облучения.
Виконано систематичні дослідження сигналу відгуку точкових мікроконтактів мідь–пермалой
(Ni₈₀Fe₂₀) на мікрохвильове опромінення (8–12 ГГц). Вивчено вплив на вимірюваний сигнал напруженості зовнішнього магнітного поля, транспортного струму через контакт, інтенсивності та частоти ВЧ
опромінення. Проаналізовано вклади в електроопір контактів від ефектів гігантського та анізотропного
магнітоопору. Експериментально встановлено, що положення резонансних особливостей добре збігається з розрахунком за формулою Кіттеля для ФМР в плівці в паралельному магнітному полі. Резонансний
сигнал спостерігався на фоні додаткового вкладу, обумовленого випрямленням ВЧ струму на нелінійній
вольт-амперній характеристиці контакту. Виявлено два механізми появи резонансного відгуку: синхронне самодетектування від змішування ВЧ струму з варіаціями опору від часу і болометричний відгук, пов'язаний зі стаціонарною зміною опору контакту при збудженні прецесії намагніченості. Встановлено,
що амплітуда резонансного сигналу лінійно пропорційна величині транспортного струму через контакт
та інтенсивності мікрохвильового опромінення.
The systematic investigations of the response signal
of Copper–Permalloy (Ni₈₀Fe₂₀) point contacts to microwave irradiation (8–12 GHz) are performed.
The influence of external magnetic field strength,
transport current flowing through the contact, the intensity
and frequency of the RF exposure on the measured
signal is studied. The contributions to the contacts
resistance from the effects of giant and anisotropic
magnetoresistance are analyzed. It is established experimentally
that the position of resonance features is
in good agreement with the Kittel formula calculation
for FMR in the film at a parallel H field. The resonance
signal was observed on the background of
an additional contribution due to the rectification of
RF current on the nonlinear contact IV-curve. It is
found that there are two mechanisms for the resonant
response are revealed: a synchronous self-detection by
means of mixing of RF current with temporal variations
of resistance and a bolometric mechanism associated
with a steady-state change of contact resistance
under excitation of magnetization precession (a bolometric
response). It is found that the resonance signal
amplitude is linearly proportional to transport current
through the contact and microwave irradiation intensity.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/119671 |
| citation_txt |
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой / О.П. Балкашин, В.В. Фисун, И.А. Коровкин, V. Korenivski // Физика низких температур. — 2014. — Т. 40, № 10. — С. 1187-1197. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT balkašinop ferromagnitnyirezonansvmikrokontaktahmedʹpermalloi AT fisunvv ferromagnitnyirezonansvmikrokontaktahmedʹpermalloi AT korovkinia ferromagnitnyirezonansvmikrokontaktahmedʹpermalloi AT korenivskv ferromagnitnyirezonansvmikrokontaktahmedʹpermalloi AT balkašinop ferromagneticresonanceincopperpermalloypointcontacts AT fisunvv ferromagneticresonanceincopperpermalloypointcontacts AT korovkinia ferromagneticresonanceincopperpermalloypointcontacts AT korenivskv ferromagneticresonanceincopperpermalloypointcontacts |
| first_indexed |
2025-11-25T22:33:23Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:33:23Z |
| _version_ |
1850566819445735424 |
| fulltext |
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2014, т. 40, № 10, c. 1187–1197
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах
медь–пермаллой
О.П. Балкашин, В.В. Фисун, И.А. Коровкин
Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины
пр. Ленина, 47, г. Харьков, 61103, Украина
E-mail: Balkashin@ilt.kharkov.ua
V. Korenivski
Nanostructure Physics, Royal Institute of Technology, Stockholm 10691, Sweden
Статья поступила в редакцию 16 июня 2014 г., опубликована онлайн 21 августа 2014 г.
Выполнены систематические исследования сигнала отклика точечных микроконтактов медь–пер-
маллой (Ni80Fe20) на микроволновое облучение (8–12 ГГц). Изучено влияние на измеряемый сигнал на-
пряженности внешнего магнитного поля, транспортного тока, текущего через контакт, интенсивности
и частоты ВЧ облучения. Проанализированы вклады в электросопротивление контактов от эффектов ги-
гантского и анизотропного магнитосопротивления. Экспериментально установлено, что положение резо-
нансных особенностей хорошо совпадает с расчетом по формуле Киттеля для ФМР в пленке в па-
раллельном магнитном поле. Резонансный сигнал наблюдался на фоне дополнительного вклада,
обусловленного выпрямлением ВЧ тока на нелинейной вольт-амперной характеристике контакта. Обна-
ружены два механизма появления резонансного отклика: синхронное самодетектирование от смешения
ВЧ тока с временными вариациями сопротивления и болометрический отклик, связанный со стационар-
ным изменением сопротивления контакта при возбуждении прецессии намагниченности. Установлено,
что амплитуда резонансного сигнала линейно пропорциональна величине транспортного тока через кон-
такт и интенсивности микроволнового облучения.
Виконано систематичні дослідження сигналу відгуку точкових мікроконтактів мідь–пермалой
(Ni80Fe20) на мікрохвильове опромінення (8–12 ГГц). Вивчено вплив на вимірюваний сигнал напружено-
сті зовнішнього магнітного поля, транспортного струму через контакт, інтенсивності та частоти ВЧ
опромінення. Проаналізовано вклади в електроопір контактів від ефектів гігантського та анізотропного
магнітоопору. Експериментально встановлено, що положення резонансних особливостей добре збігаєть-
ся з розрахунком за формулою Кіттеля для ФМР в плівці в паралельному магнітному полі. Резонансний
сигнал спостерігався на фоні додаткового вкладу, обумовленого випрямленням ВЧ струму на нелінійній
вольт-амперній характеристиці контакту. Виявлено два механізми появи резонансного відгуку: синхрон-
не самодетектування від змішування ВЧ струму з варіаціями опору від часу і болометричний відгук, по-
в'язаний зі стаціонарною зміною опору контакту при збудженні прецесії намагніченості. Встановлено,
що амплітуда резонансного сигналу лінійно пропорційна величині транспортного струму через контакт
та інтенсивності мікрохвильового опромінення.
PACS: 72.25.–b Спин-поляризованный транспорт;
75.75.–c Магнитные свойства наноструктур;
85.75.–d Магнитоэлектроника, спинтроника;
76.50.+g Ферромагнитный резонанс.
Ключевые слова: микроконтакт, передача спинового момента, спиновый вентиль, анизотропное магнито-
сопротивление, микроволновое облучение.
© О.П. Балкашин, В.В. Фисун, И.А. Коровкин, V. Korenivski, 2014
mailto:Balkashin@ilt.kharkov.ua
О.П. Балкашин, В.В. Фисун, И.А. Коровкин, V. Korenivski
Введение
Ферромагнитный резонанс (ФМР) в настоящее вре-
мя — хорошо известный стандартный спектроскопи-
ческий метод исследования в физике твердого тела. Он
позволяет определять поля магнитной анизотропии и
спектроскопический фактор Ланде g ферромагнетиков.
По ширине резонансной линии можно получать ин-
формацию о характерных процессах релаксации и ус-
танавливать характеристические частоты таких про-
цессов [1].
В последнее время весьма интенсивно и успешно
используется процесс передачи вращательного момен-
та спинами электронов проводимости [2,3] для мани-
пуляции ориентацией намагниченности устройств с
микроскопическими размерами, таких как спиновые
вентили, электропроводность которых варьируется за
счет эффекта гигантского магнитосопротивления (ГМС).
Этот эффект интересен также тем, что он может быть
использован для генерации различных динамических
процессов намагниченности [4,5], которые интенсивно
исследуются с целью создания наноразмерных микро-
волновых генераторов, детекторов, смесителей и других
высокочастотных устройств для коммуникаций и ком-
пьютерной техники. Исследования спин-электрических
эффектов привели к появлению нового направления в
современной экспериментальной физике твердого те-
ла — спинтронике. В частности, удалось реализовать
новый эффективный метод ФМ резонанса [6–8] для
исследования ферромагнетиков очень малых объемов.
В традиционном методе ФМР возбуждение магнито-
динамики осуществляется с помощью микроволнового
поля, которое создает вращающий момент, действую-
щий на магнитные моменты магнетика. В спиновых
вентилях вращающий момент образуется под влияни-
ем потока поляризованных по спину электронов при
протекании электрического тока гигантской плотнос-
ти поперек трехслойной наносистемы F1–N–F2. Когда
высокочастотная компонента тока имеет компоненту,
совпадающую с частотой однородной прецессии на-
магниченности, происходит резонансное возбуждение
амплитуды этой прецессии, т.е. реализуются условия
ФМР.
В отличие от стандартного ФМ резонанса, при ис-
следованиях которого измеряют амплитуду микровол-
нового сигнала, отраженного или прошедшего через
образец, при исследованиях резонанса в спиновом вен-
тиле сам вентиль является детектором, так как прецес-
сия намагниченности вызывает изменение его элек-
тросопротивления и появление на нем постоянного
напряжения. Поэтому образец для исследований в этом
случае может иметь существенно меньшие — нано-
скопические геометрические размеры.
В данной работе выполнены исследования ФМР в
микроконтактах ферромагнетик–немагнитный металл
(F–N). Были использованы два способа резонансного
возбуждения прецессии намагниченности: с помощью
высокочастотного магнитного поля и высокочастотно-
го тока. Регистрация резонанса осуществлялась по из-
менению сопротивления микроконтакта как за счет
эффекта гигантского магнитосопротивления в спино-
вом вентиле, так и анизотропного магнитосопротивле-
ния (АМС) ферромагнитной пленки.
Механизмы отклика F–N микроконтактов
в условиях ФМР
В наших исследованиях F–N микроконтактов было
доказано, что в таких контактах за счет специфических
свойств поверхности ферромагнетика может реализо-
вываться структура F1–N–F2, в которой роль второй
магнитной пленки играет магнитный кластер, образую-
щийся в месте касания немагнитной иглы поверхности
ферромагнитной пленки [9,10]. Подобные поверхност-
ные спиновые вентили обладают всеми статическими и
динамическими магнитными свойствами, присущими
традиционным F1–N–F2 структурам [9–11].
Как хорошо известно [4], электрическое сопротив-
ление спинового вентиля за счет эффекта гигантского
магнитосопротивления [12] зависит от угла взаимной
ориентации магнитных моментов ферромагнитных пле-
нок, образующих такую структуру (рис. 1(а), (в)). При
возбуждении внешним микроволновым полем прецес-
сии намагниченности в одной из пленок сопротивле-
ние структуры будет зависеть от времени следующим
образом (см., например, [13]):
Рис. 1. (Онлайн в цвете) Схемы прецессии намагниченности
в спиновом вентиле (а) и одиночной пленке ферромагнети-
ка (б) и зависимости магнитосопротивления вентиля RSV и
пленки RAMR от угла прецессии β при α0 = 0 (в).
–180 –120 –60 0 60 120 180
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
β, град
RAMRRSV
(в)
R
R
SV
AM
R
,
, о
тн
.е
д.
ββ α0α0
I
MM2
M1
(а) (б)
1188 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2014, т. 40, № 10
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой
[ ]0( ) 1 cos ( ) / 2SV SVR t R R t= + − β , (1)
где декремент сопротивления вентиля определяется раз-
ностью сопротивлений структуры при антипараллель-
ной и параллельной ориентациях намагниченностей
SVR R R↑↓ ↑↑= − . В условиях ФМ резонанса зависимость
сопротивления от времени будет определяться часто-
той однородной прецессии намагниченности. Тогда
при микроволновом облучении 1 sinrfI I t= ω на венти-
ле в соответствии с законом Ома возникнет напря-
жение V(t) = I(t)R(t), при этом зависящее от времени
сопротивление 0
1( ) in ( )sR t R R t= + ω + δ осциллирует с
частотой ВЧ облучения ω = 2πf и сдвинуто по фазе на
величину δ относительно возбуждающего тока Irf.
Учитывая синфазность ВЧ тока накачки и осцилля-
ций электросопротивления, вызванных этой накачкой,
следует ожидать появления на вентиле постоянного на-
пряжения 1 ( ) ( ) 0d rf SVV I t R t= ≠ , амплитуда которого
определяется разностью фаз δ (рис. 2 (a)). Возникно-
вение этого сигнала связано с нелинейностью зависи-
мости R(β), и для симметричных колебаний М2 отно-
сительно М1 (угол α0 = 0) значения напряжения в
различные полупериоды тока накачки будут иметь
разные знаки и в точности компенсировать друг друга,
давая в среднем нулевое значение постоянного напря-
жения на вентиле (рис. 3(а)). В случае, когда α0 ≠ 0, за
счет синхронного самодетектирования ФМР на маг-
нитной структуре появится постоянное напряжение
1 1
1 cos
2d SVV I R= δ . (2)
Таким образом, постоянный сигнал отклика магнит-
ной структуры на ВЧ облучение возникает при возбуж-
дении стационарной прецессии намагниченности одной
из пленок поверхностного спинового вентиля. Это воз-
можно при условии, когда частота СВЧ удовлетворяет
условию ферромагнитного резонанса для этой пленки.
Синхронное самодетектирование ФМР возможно
и для F–N микроконтактов без поверхностного спино-
вого вентиля за счет анизотропного магнитосопротив-
ления [14], обусловленного анизотропией спин-орби-
тального взаимодействия в ферромагнитной пленке
(см. рис. 1(б),(в)). В этом случае зависимость сопротив-
ления от угла разориентации между направлением тока
и вектором намагниченности пленки имеет вид [14]:
2
0( ) cos ( )AMR AMRR t R R t= + β , (3)
где R0 — сопротивление при / 2β = π , а декремент со-
противления равен AMRR R R⊥= −
. При ФМ резонансе
на микроконтакте, как и в случае поверхностного спи-
нового вентиля, также возникает постоянный сигнал
1 1
1 cos
2d AMRV I R= δ, (4)
однако его полярность противоположна полярности
резонансного отклика для вентиля (рис. 1(в), 2(б)).
Представленные на рис. 2 зависимости от времени
напряжения на микроконтакте рассчитаны с учетом
выражений (1), (3) для отклика спинового вентиля (а) и
вклада от анизотропного магнитосопротивления (б)
Рис. 2. (Онлайн в цвете) Зависимости от времени напряжения на микроконтакте при возбуждении прецессии намагниченности
при наличии поверхностного спинового вентиля (а) и вклада от анизотропного магнитосопротивления (б) для различных углов
прецессии β, град: 7,5 (1), 15 (2), 30 (3) при начальном рассогласовании α0 = 30°. Для сравнения пунктирной кривой 4 показаны
зависимости тока СВЧ.
0 4 8 12
–0,2
–0,1
0
0,1
0,2
0,3
0 4 8 12
–1,5
–1,0
–0,5
0
0,5
ωt, рад ωt, рад
1
2
3
4
(a) ( )б
0,016 , 0,032 , 0,063 ( ) ( ) ( )1 2 3
1
2
3
4
–0,056 , –0,11 , –0,197 ( ) ( ) ( )1 2 3
∆V
R
I
d
SV
1
1
/
.
.
, о
тн
е
д
∆
V
R
I
d
AM
R
1
1
/
.
.
, о
тн
е
д
< > :Vd T1 < > :Vd T1
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2014, т. 40, № 10 1189
О.П. Балкашин, В.В. Фисун, И.А. Коровкин, V. Korenivski
для различных углов прецессии β при постоянном зна-
чении угла изначального рассогласования α0 = 30°
(рис. 1 (а),(б)). Расчеты выполнены при отсутствии
сдвига фаз между ВЧ током и временными вариациями
сопротивления (δ = 0), при этом сигнал резонанса име-
ет максимальную амплитуду, которая будет постепен-
но уменьшаться до нуля с ростом разности фаз
δ → ± π/2. Для наглядности рисунков в расчетах ис-
пользованы относительно большие углы прецессии,
тогда как обычно в экспериментах наблюдается мало-
угловая прецессия с углами, не превышающими не-
скольких градусов [7,15].
Обращает на себя внимание асимметричность отно-
сительно нулевого значения амплитуд приведенных на
рис. 2 зависимостей, которая и приводит к появлению
на контакте постоянного во времени напряжения. Ус-
редненные по периоду колебаний относительные зна-
чения сигнала отклика Vd1, как указано на рис. 2, воз-
растают с увеличением угла прецессии, причем сигнал
для АМС существенно больше. Кроме того, сигналы
отклика (усредненные значения напряжения на кон-
такте) имеют разные знаки для спинового вентиля и
вклада от АМС.
Указанная выше асимметрия амплитуд сигналов от-
клика от времени проистекает из асимметрии зависи-
мостей RSV(β) и RAMR(β) при наличии начального рас-
согласования по углам 0 0α ≠ , т.е. векторы М1, М2 и I
не коллинеарны, что приводит к отклонению среднего
по времени направления вектора намагниченности при
возбуждении прецессии.
В случае, когда угол рассогласования α0 = 0 (векто-
ры М1, М2 и I коллинеарны) и прецессия вектора на-
магниченности осуществляется симметрично относи-
тельно начального направления, в соответствии с рис. 1
сопротивления контакта будет периодически изменять-
ся со временем. Причем среднее значение сопротив-
ления в условиях прецессии (т.е. при ФМ резонансе)
будет возрастать при увеличении угла прецессии для
спинового вентиля и уменьшаться для анизотропного
магнитосопротивления. Такие вариации сопротивления
обусловливают дополнительный вклад в сигнал ФМР
2 ( )
1
2d dc SV AMR T
V I R= , (5)
если через микроконтакт кроме СВЧ тока Iac течет
также и постоянный транспортный ток Idc. Рассчитан-
ные зависимости вкладов в сопротивление микрокон-
такта от времени для поверхностного спинового вен-
тиля и вклада от анизотропного магнитосопротивления
приведены на рис. 3. Там же указаны и усредненные по
периоду прецессии средние значения сопротивлений
<R>T. Видно, что напряжения в различные полуперио-
ды тока накачки имеют разные знаки, как уже отмеча-
лось выше.
Таким образом, динамическое поведение электро-
сопротивления микроконтакта в условиях ФМ резо-
нанса приводит к возникновению на контакте двух
Рис. 3. (Онлайн в цвете) Временные вариации сопротивления микроконтакта при возбуждении прецессии намагниченности
при наличии поверхностного спинового вентиля (а) и вклада от анизотропного магнитосопротивления (б) для различных углов
прецессии β, град: 7,5 (1), 15 (2), 30 (3) при начальном рассогласовании α0 = 0°. Для сравнения пунктирной кривой 4 показаны
зависимости тока СВЧ.
0 04 48 812 12
–0,03
0
0,03
0,06
0,09
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1
2
3
0,002 ( ), 0,009 ( ), 0,034 ( )1 2 3
4
1
2
3
–0,991 ( ), –0.966 ( ), –0,876 ( )1 2 3
4
ωt, рад ωt, рад
(a) ( )б
∆R
R
/
.
.
SV
, о
тн
е
д
∆R
R
d
AM
R
1 /
.
.
, о
тн
е
д
< > :R T
< > :R T
1190 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2014, т. 40, № 10
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой
кардинально различных вкладов в сигнал ФМР. Первый
обусловлен током СВЧ и процессом синхронного само-
детектирования резонанса и исчезает в случае сим-
метричной прецессии вектора намагниченности. Вто-
рой связан с болометрическим откликом контакта (за
счет изменения среднего стационарного значения со-
противления в условиях прецессии намагниченности)
на постоянный транспортный ток и реализуется даже
при симметричной прецессии намагниченности [15].
Образцы и методика измерений
Все измерения выполнены на микроконтактах в
геометрии игла–плоскость. Иглу из медного провода
диаметром около 0,2 мм с диаметром острия порядка
1 мкм пропускали через отверстия в противоположных
широких стенках зауженной части трехсантиметрового
волновода. Пленку или пластинку пермаллоя закреп-
ляли на диэлектрическом подвижном держателе вбли-
зи наружной стенки волновода [16]. С помощью спе-
циального механизма с дифференциальными винтами
можно было плавно регулировать как степень прижима
иглы к поверхности пленки, так и перемещать пленку,
меняя тем самым место касания иглы (рис. 4). Были
исследованы микроконтакты к пластине пермаллоя
(Ni80Fe20) толщиной 1 мм или к пленке пермаллоя
толщиной 100 и 5–10 нм с металлическим покрытием
(Cu, Au) с обеих сторон, напыленных в сверхвысоком
вакууме на подложки Si–SiO. Нижний слой (толщиной
100–50 нм) способствовал протеканию тока перпенди-
кулярно поверхности, а верхний (3–5 нм) обеспечивал
защиту пленки от окисления в атмосфере. Контакты
создавались непосредственно в среде жидкого гелия, и
все измерения выполнены при температуре 4,2 К.
Электрическое сопротивление нескольких сотен изу-
ченных контактов варьировалось в интервале 5–30 Ом,
при этом диаметры контактов составляли, по стан-
дартной оценке, в пределах от двадцати до нескольких
нанометров.
Регистрацию зависимостей дифференциального со-
противления наноконтактов от напряжения смещения
dV/dI(V) осуществляли по традиционной методике из-
мерения амплитуды первой гармоники низкочастотно-
го (443 Гц) тока модуляции (10–50 мкА) с помощью
синхронного детектора. Интервал напряжений смеще-
ния V < 0 соответствует инжекции электронов из иглы
в ферромагнитную пленку. Подложку с пленкой раз-
мещали на оси сверхпроводящего соленоида, что давало
возможность проводить измерения в плавно изменяю-
щемся магнитном поле до 5 Тл параллельно или анти-
параллельно направлению намагниченности пленки.
Микроволновое излучение частотой 8–12 ГГц от
клистронного генератора (Р ~ 30 мВт) подводилось к
контакту по прямоугольному волноводу 10×23 мм, за-
уженному до размеров 2×23 мм. Контакт размещали в
максимуме электрической Еас компоненты СВЧ поля,
задаваемом положением короткозамыкающего поршня
в волноводе. Для повышения чувствительности схемы
регистрации сигнала ФМ резонанса применяли стан-
дартную схему синхронного детектирования (рис. 4) со
100% амплитудной модуляцией микроволновой мощ-
ности на низкой частоте 4434 Гц. Такая методика по-
зволила значительно увеличить соотношение сигнал–
шум и дала возможность измерять полезный сигнал на
уровне 10–20 нВ. Все сигналы конвертировались с по-
мощью карты DAQ Nat. Instr. и регистрировались на
персональном компьютере.
Основные результаты и интерпретация
Полученные в данной работе экспериментальные
результаты для F–N микроконтактов разделяются в за-
висимости от механизма формирования сигнала ФМ
резонанса. Для одних контактов, содержащих поверх-
ностный спиновый вентиль, возбуждение стационар-
ной прецессии вектора намагниченности приводит к
вариациям сопротивления за счет эффекта ГМС. Для
других, не содержащих вентильной структуры, сопро-
тивление контакта при прецессии намагниченности из-
меняется за счет эффекта АМС. Резонансный сигнал
может быть обусловлен взаимодействием как СВЧ тока,
так и постоянного транспортного тока, текущих через
контакт, с колебаниями его электросопротивления.
Резистивные измерения на низкой частоте
Для исследованных микроконтактов нами наблюда-
лись два типа зависимостей дифференциального маг-
нитосопротивления Rd(H) = dV/dI(H) от напряженно-
сти магнитного поля (рис. 5). В некоторых контактах
Рис. 4. Блок-схема установки для измерения сигнала ФМ
резонанса в F–N микроконтактах: БРТ — блок развертки
постоянного тока, Ф — развязывающий фильтр, СУ — син-
хронный усилитель, ГИ — импульсный генератор, ГВЧ —
генератор СВЧ, П — короткозамыкающий поршень, ФМ —
ферромагнитная пленка, Cu — медная игла.
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2014, т. 40, № 10 1191
О.П. Балкашин, В.В. Фисун, И.А. Коровкин, V. Korenivski
сопротивление менялось скачкообразно (рис. 5(а)) при
значениях напряженностей Н поля, характерных для
перемагничивания массива пленки (при малых полях)
и монодоменного поверхностного магнитного кластера
в больших полях [10]. Подобное поведение характерно
для микроконтактов с поверхностным спиновым вен-
тилем [9–11]. Причем такие контакты могли обладать
и гистерезисом на зависимости сопротивления от по-
стоянного смещения dV/dI(V), если размер кластера до-
статочно мал, чтобы спиновый вращательный момент
потока электронов транспортного тока мог ощутимо
воздействовать на магнитный момент кластера, меняя
направление его вектора намагниченности.
Большинство контактов (около 90%) демонстриро-
вали довольно плавные зависимости, типичные для по-
ведения в Н поле анизотропного магнитосопротивления
(рис. 5(б)). Однако, в отличие от однородной пленки
пермаллоя [17,18], для микроконтактов Cu–Py как по-
ложение минимума сопротивления, так и магнитное
насыщение наблюдаются при существенно больших на-
пряженностях магнитного поля, а не в полях около
± 20 Э. Причинами такого поведения могут быть: во-
первых, большая коэрцитивность (т.е. значительные
искажения структуры ферромагнетика в области кон-
такта), а во-вторых, наличие компоненты тока текущей
в плоскости пленки* и, наконец, возможное существо-
вание составляющей намагниченности, выходящей из
плоскости пленки. Подтверждением наличия компо-
ненты тока в плоскости пленки служит тот факт, что в
специальных измерениях, когда подводящие электроды
к пленке располагались перпендикулярно направлению
Н поля, зависимость Rd(H) вместо минимума (рис. 5(б))
имела максимум.
Высокочастотные исследования
При возбуждении микроволновым полем стацио-
нарной однородной прецесии вектора намагниченно-
сти в условиях ФМР все спины прецессируют с одина-
ковой частотой и фазой. Это происходит как в массиве
ферромагнитной пленки, так и в объеме наноконтакта,
заполненном ферромагнетиком, что вызывает перио-
дическую зависимость от времени электросопротивле-
ния контакта за счет эффектов ГМС или АМС. Как
известно [19,20], именно в объеме контакта сконцен-
трирована максимальная плотность тока, который да-
лее растекается в массиве пленки. Произведение этого
тока на сопротивление контакта вызывает появление
на контакте соответствующего напряжения, которое и
является индикатором ФМ резонанса.
Типичные магнитополевые зависимости сигнала
отклика на СВЧ облучение (f = 9,26 ГГц), полученные
для многих микроконтактов Py–Cu, показаны на рис. 6
для различных значений транспортного тока (напря-
жения на контакте). На рис. 6(а) представлены резуль-
таты, характерные для проявления эффекта ГМС (т.е. в
микроконтакте реализован поверхностный спиновый
вентиль), а на рис. 6 (б) — эффекта АМС. Особенности
на экспериментальных зависимостях при напряженно-
стях Н поля Hres = ± (0,11–0,12) Тл в виде максимумов
и минимумов обусловлены возбуждением стационарной
прецессии намагниченности (ФМР) в пленке пермал-
лоя. Резонансные особенности для спинового вентиля
в виде максимумов наблюдаются в полях, превышаю-
щих максимальное поле перемагничивания (± 0,65 Тл)
вентиля, т.е. оба магнитных элемента вентиля имеют
параллельную ориентацию вектора намагниченности.
Вследствие этого на кривой для V = 0 при отсутствии
транспортного тока резонансный сигнал синхронного
самодетектирования Vd1 (2) не проявляется, а присут-
ствует только вклад Vd2 (5) от болометрического от-
клика, который обусловлен стационарным увеличени-
ем среднего значения сопротивления при возбуждении
прецессии намагниченности. В случае анизотропного
магнитосопротивления напряженности поля Hres еще
* При направлении тока через контакт строго по нормали к пленке, в плоскости которой расположен вектор намагниченно-
сти, АМС эффект не должен зависеть от напряженности внешнего Н поля (см. формулу (2)).
Рис. 5. (Онлайн в цвете) Зависимости магнитосопротивления
микроконтактов от напряженности магнитного поля при сви-
пировании поля в противоположных направлениях для по-
верхностного спинового вентиля (а) и анизотропного магни-
тосопротивления стандартного F–N контакта (б).
–0,3
–0,3
–0,2
–0,2
–0,1
–0,1
0
0
0,1
0,1
0,2
0,2
0,3
0,3
0,4
0,4
–1,5
–1,0
–0,5
0
0
0,2
0,4
H, Тл
H, Тл
(a)
( )б
∆R
R
d
d
/
,
%
∆R
R
d
d
/
,
%
1192 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2014, т. 40, № 10
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой
недостаточно для точной ориентации вектора намаг-
ниченности параллельно направлению постоянного то-
ка (рис. 5(б)), поэтому регистрируемый сигнал имеет
оба вклада: Vd1(четко видимый на кривой для V = 0) и
Vd2 в виде минимумов, связанный со стационарным
уменьшением сопротивления при резонансе.
Следует отметить, что кроме двух отмеченных вы-
ше резонансных вкладов в измеряемый сигнал имеется
еще нерезонансная составляющая, связанная с выпрям-
лением СВЧ тока на нелинейной ВАХ контакта. Ампли-
туда этой фоновой составляющей Vb пропорциональна
второй производной ВАХ и квадрату амплитуды ВЧ
тока
2
2
12
1( ) ( )
4b
d VV V V I
dI
= . (6)
Присутствие фоновой компоненты в измеряемом
сигнале отклика вызывает монотонный нелинейный
сдвиг регистрируемых зависимостей (см. вставку на
рис. 6(а), на которой представлена зависимость Vb(V) и
отдельными точками указаны значения фонового сиг-
нала для соответствующих кривых). Специально отме-
тим, что, сравнивая зависимость сигнала отклика Vb(V)
с зависимостью второй производной ВАХ d2V/dI2(V),
измеренной на низкой (звуковой) частоте, можно оце-
нить амплитуду СВЧ тока I1, наведенного в контакте
внешним облучением. В частности, зависимости на
рис. 6(б) записаны для контакта сопротивлением
1,15 Ом при I1 = 16,8 мА.
Обратим внимание на то, что некоторые кривые на
рис. 6(а) зарегистрированы при двух направлениях
развертки магнитного поля и на них четко видны петли
переключения магнитного состояний спинового вен-
тиля. Однако в отличие от гистерезиса Rd(H) на рис. 5,
форма которого слабо меняется в присутствии облуче-
ния, петли Vdet(H) могут быть направлены как вниз,
так и вверх от уровня фонового сигнала. Такое видо-
изменение петель гистерезиса обусловлено уменьше-
нием сопротивления поверхностного спинового венти-
ля под облучением в антипараллельном состоянии и
его увеличением в параллельном. Вдали от ФМ резо-
нанса под облучением происходят стохастические ко-
лебания вектора намагниченности, что неизбежно вы-
зывает изменения величины среднего стационарного
значения электросопротивления. При использованной
нами методике синхронного детектирования с прерыва-
нием ВЧ облучения фактически регистрируется умень-
шение высоты петли гистерезиса сопротивления.
Экспериментальные значения частоты СВЧ облуче-
ния f и характерного поля Hres для наблюдаемых резо-
нансных особенностей (рис. 7) хорошо согласуются
с результатами расчета по стандартной формуле Кит-
теля [21] для ферромагнитной пленки в параллель-
ном Н поле
res res res( 4 )
2
B
s
gf H H M
µ
= + π ≈
π
( ) res res28 ГГц/ Tл ( 4 )sH H M≈ + π , (7)
где g — фактор Ланде, μB — магнетон Бора, — по-
стоянная Планка, а намагниченность насыщения для
пермаллоя 4 0,8 Тл.SMπ =
Некоторый разброс экспериментальных точек на
рис. 7 может быть обусловлен полем поверхностной
анизотропии на интерфейсе Py–Cu (см., например, [22]).
Влияние интенсивности ВЧ облучения на амплиту-
ду резонансных особенностей продемонстрировано на
Рис. 6. (Онлайн в цвете) Зависимости отклика микроконтактов на микроволновое облучение (9,26 ГГц) для поверхностного
спинового вентиля в контакте Cu–пленка Py (а) и анизотропного магнитосопротивления для контакта Cu–пластина Py (б) при
различных значениях постоянного смещения. Жирными стрелками указаны особенности, обусловленные ФМР. Кривые сдви-
нуты по вертикальной оси. На вставке к (а) представлена зависимость амплитуды нерезонансного фонового сигнала от напря-
жения на данном контакте.
–5
0
5
–50 0 50
–40
0
40
–60
–40
–20
0
20
V = 40 мВ
–0,4–0,4 –0,2–0,2 00 0,20,2 0,40,4
–5
0
5
–60
–40
–20
20
40
V = 60 мВ
H, TлH, Tл
0
, мВV
V d
et
, м
кВ
V b,
мк
В
V d
et
, м
кВ
(а) (б)
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2014, т. 40, № 10 1193
О.П. Балкашин, В.В. Фисун, И.А. Коровкин, V. Korenivski
рис. 8. При малых и средних уровнях облучения, как
видно на рисунке, наблюдается линейная зависимость,
отклонение от которой проявляется только при боль-
шом уровне мощности. Ширина резонансной линии
практически не меняется с увеличением мощности, и
лишь при большой интенсивности облучения заметно
некоторое размытие резонансной линии.
В соответствии с формулой (5) для болометриче-
ской составляющей отклика амплитуда линии ФМР
должна линейно возрастать с увеличением величины
постоянного транспортного тока, текущего через мик-
роконтакт, что хорошо подтверждается данными на
рис. 9, где представлены зависимости амплитуды экс-
периментально измеренного сигнала отклика (рис. 6)
за вычетом фона. Как для контакта с поверхностным
спиновым вентилем, так и без него (вклад в отклик от
анизотропного магнитосопротивления), наблюдается
линейное поведение сигнала. Некоторый параллель-
ный сдвиг вверх линии 2 относительно начала отсчета
связан с небольшой добавкой от синхронного самоде-
тектирования (см. формулу (4)) в измеряемый сигнал,
как отмечалось выше для вклада от АМС.
Во всех рассмотренных выше экспериментах при-
меняли волноводную схему облучения микроконтак-
тов (рис. 4). В такой методике облучения возбуждение
прецессии вектора намагниченности возможно не
только за счет спинового вращательного момента элек-
тронов, создающих поляризованный ВЧ ток, текущий
через спиновый вентиль, но и за счет непосредствен-
ного воздействия высокочастотной магнитной Нас ком-
поненты микроволнового поля. Физика процессов, как
очевидно, в этих случаях существенно различна. В экс-
периментах [6–8] для передачи микроволновой энер-
гии использовалась коаксиальная линия передачи, с
помощью которой и задавался ВЧ ток через спиновый
вентиль. В наших экспериментах, как уже упомина-
лось выше, с помощью подвижного поршня изначаль-
но в волноводе устанавливался максимум Eac стоячей
СВЧ волны в области микроконтакта, однако из-за
большой нерегулярности волноводного тракта в райо-
не иглы нельзя исключать наличие магнитной ВЧ ком-
поненты значительной величины. В процессе измере-
ний перестройка положения поршня исключалась из-за
механической нестабильности контакта. Кроме того,
положение места касания иглы к пленке могло изме-
няться за счет некоторой деформации демпфера, что
также приводило к ВЧ расстройке.
Для исключения непосредственного влияния Hac на
ферромагнитную пленку большое отверстие в волно-
воде диаметром 6 мм было закрыто медной фольгой с
отверстием 0,4 мм, в котором перпендикулярно плос-
кости волновода перемещалась медная заостренная
проволочка диаметром 0,2 мм в изолирующей оболоч-
ке для образования микроконтакта с пленкой Py. В
Рис. 7. Соотношение между частотой ВЧ облучения и на-
пряженностью Н поля для наблюдаемых резонансных осо-
бенностей. Точки — эксперимент, штриховая кривая — рас-
чет по формуле (7) для ФМР в пермаллое.
0,1 0,2 0,30
5
10
15
20
f,
ГГ
ц
H, Tл
Рис. 8. Зависимость амплитуды ФМР особенности от мощно-
сти СВЧ облучения ( — особенности при отрицательных Н
полях, — для положительных значений поля). На вставке
— зависимость ширины резонансной линии. Мощность ге-
нератора Р0 ≈ 4 мВт.
0,2 0,4 0,6 0,8 1,00
2
4
0,5 1,00
10
20
30
40
P P/ 0, отн. ед.
A F
M
R,
м
кВ
W
FM
R,
мТ
л
Рис. 9. Вариации амплитуды резонансного отклика для ГМС
(1) и АМС (2) эффектов от относительных значений посто-
янного тока через микроконтакты.
–1,0 –0,5 0 0,5 1,0
–2
–1
0
1
2
1
2
V
V
de
t –
, b
мк
В
I I/ max
1194 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2014, т. 40, № 10
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой
такой структуре медная игла служит центральным про-
водником коаксиальной линии, задавая ВЧ ток через
контакт, подобно методике работ [6–8].
Экспериментальные результаты для одного из Py–Cu
контактов с поверхностным спиновым вентилем при-
ведены на рис. 10. Данные получены при отсутствии
постоянного транспортного тока через контакт. Как
видно на рисунке, в области Н полей ±0,13 Тл наблю-
даются ФМР особенности (отмеченные вертикальными
штриховыми линиями), амплитуда которых увеличи-
вается с ростом интенсивности облучения. При макси-
мальном уровне мощности наблюдается некоторое
уширение резонансной линии и ее смещение в область
больших магнитных полей (частот), что отмечалось ра-
нее и для стандартных спиновых вентилей [7]. Можно
утверждать, что в данном эксперименте возбуждение
прецессии вектора намагниченности (ФМ резонанс) в
пленке пермаллоя осуществляется именно спиновым
вращательным моментом, переносимым потоком по-
ляризованных электронов, образующих ВЧ ток. Если
кроме ВЧ тока через контакт пропускался и постоян-
ный ток, то амплитуда резонансов возрастала с ростом
тока, подобно данным на рис. 6 и 8.
Наблюдающаяся линейная зависимость амплитуды
резонансной особенности от мощности Р облучения
(вставка (а) на рис. 10) объясняется тем, что амплитуда
осцилляций сопротивления RSV(t) растет линейно с
увеличением интенсивности воздействия спинового
вращательного момента [6], пропорционального вели-
чине ВЧ тока Iac, т.е. Vd1 ~ IacRSV(t) ~ (Iac)
2~ P.
Следует обратить внимание на N-образный вид ре-
зонансных особенностей на рис. 10 в отличие от рис. 6,
что свидетельствует о присутствии в сигнале отклика
как симметричной, так и антисимметричной компо-
ненты [6,15,23–25]. Такое изменение формы может
быть связано с изменением фазового сдвига δ между
ВЧ током и динамическим электросопротивлением кон-
такта. Подобное влияние сдвига фазы на внешний вид
резонансной кривой для гармонического осциллятора
продемонстрировано на вставке (б) к рис. 10.
Необходимо отметить, что резонансные особенно-
сти на рис. 10 наблюдались при напряженностях маг-
нитного поля, достаточных для установления парал-
лельной ориентации векторов намагниченности
поверхностного магнитного микрокластера и массива
пленки пермаллоя. Такие особенности отсутствуют на
рис. 6(а) при V = 0 (для нулевого значения транспорт-
ного тока) и практически никогда нами не наблюда-
лись в подобных условиях при волноводной накачке,
однако они регулярно регистрировались при использо-
вании коаксиальной линии подвода ВЧ излучения к
контакту. В этой связи следует иметь в виду несколько
моментов. При использовании волновода под влияни-
ем микроволнового магнитного Hac поля находится
пленка ферромагнетика, тогда как ВЧ ток за счет пере-
дачи спинового вращательного момента влияет на по-
верхностный магнитный микрокластер. Как известно
[2–4], вращательный момент, переносимый потоком
электронов, поляризованных по спину, определяется
произведением m×(m×M) и пропорционален относи-
тельному углу между векторами намагниченности m
поверхностного микрокластера и массива пленки М,
т.е. при малых углах взаимной разориентации векторов
m и M вращательный момент также мал. Поле Hac
ориентировано ортогонально векторам намагниченно-
сти, поэтому вращательный момент от его воздействия
максимален. В коаксиальной линии ВЧ воздействие
оказывается преимущественно на микрокластер. В этом
случае возможен некоторый сдвиг оси прецессии под
влиянием ВЧ тока с учетом его пространственного
растекания вблизи микроконтакта, что, по-видимому, и
приводит к возбуждению прецессии намагниченности
и, соответственно, к асимметрии колебаний сопротив-
ления. Наличие или отсутствие резонансного сигнала
Vd1 при различных способах накачки до конца не со-
всем понятно и требует дальнейших исследований.
Заключение
Систематические исследования сигнала отклика то-
чечных микроконтактов пермаллой–медь на микро-
волновое облучение (изучено влияние на измеряемый
сигнал напряженности внешнего магнитного поля,
транспортного тока, текущего через контакт, и интен-
сивности облучения) позволили выявить характерные
Рис. 10. (Онлайн в цвете) Участки полевых зависимостей
отклика микроконтакта Py–Cu при облучении с помощью
коаксиальной линии для различных интенсивностей ВЧ поля
(Idc = 0). Штриховыми линиями отмечены ФМР особенности.
На вставке (а) — зависимость амплитуды резонансных осо-
бенностей от мощности облучения: H < 0 (), H > 0 (),
P0 ≈ 1,6 мВт. На вставке (б) — резонансные кривые для гар-
монического осциллятора для различных сдвигов фазы δ
вынуждающей силы: 0 (1), –π/2 (2), –π/4 (3).
–0,3 –0,2 –0,1 0 0,1 0,2 0,30
5
10
15
20
25
0,5 1,00
5
10
0 0,1 0,2
–0,5
0
0,5
1,0
30 дБ
25 дБ
15 дБ
H, Tл
H, Tл
20 дБ
P P/ 0
1
2
3
V d
et
,
мк
В
A,
.
.
от
н
е
д
A FM
R,
м
кВ
(a)
(б)
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2014, т. 40, № 10 1195
О.П. Балкашин, В.В. Фисун, И.А. Коровкин, V. Korenivski
особенности ферромагнитного резонанса в F–N кон-
тактах. Использованы два способа передачи ВЧ излу-
чения к контакту: волноводный тракт и коаксиальная
линия. Экспериментально показано, что положение ре-
зонансных особенностей хорошо укладывается на за-
висимость f(H), рассчитанную по стандартной формуле
Киттеля для ФМР в пленке. Обнаружено, что резо-
нансный сигнал наблюдается на фоне дополнительного
вклада, обусловленного выпрямлением ВЧ тока на не-
линейной вольт-амперной характеристике контакта.
Установлены два механизма образования резонансного
отклика: синхронное самодетектирование и боломет-
рический отклик. В первом механизме амплитуда сиг-
нала определяется амплитудой ВЧ тока в контакте,
эволюциями его сопротивления от времени и разно-
стью фаз между ними. Во-втором сигнал резонанса
определяется произведением величины постоянного
тока через контакт и изменениями среднего стацио-
нарного значения его сопротивления при возбужде-
нии стационарной прецессии вектора намагниченно-
сти. Причем сигнал резонанса добавляется к фоновому
нерезонансному сигналу или вычитается из него в за-
висимости от структуры микроконтакта. Если в кон-
такте реализуется структура с поверхностным спиновым
вентилем, то при ФМ резонансе прецессия намагни-
ченности вызывает увеличение среднего стационар-
ного значения сопротивления за счет эффекта гигант-
ского магнитосопротивления и резонансный сигнал
добавляется к фону. При отсутствии спинового венти-
ля в структуре контакта ФМ резонансные особенности
возникают за счет анизотропного магнитосопротивле-
ния, которое приводит к уменьшению сопротивления
при возбуждении прецессии, и сигнал резонанса в этом
случае вычитается из фонового уровня. В обоих случаях
амплитуда резонансного сигнала линейно пропорцио-
нальна величине пропускаемого через контакт посто-
янного тока. Увеличение интенсивности ВЧ облучения
приводит к линейному росту амплитуды при малых и
средних уровнях мощности и слабо влияет на ширину
резонансной особенности. Проанализированы вклады в
электросопротивление контактов от эффектов гигант-
ского и анизотропного магнитосопротивления.
Работа выполнена при финансовой поддержке НАН
Украины по проектам ФЦ 3–19 и N 26/14 – Н (НАНО).
Авторы признательны Ю.Г. Найдюку за полезные
обсуждения и ценные замечания.
1. Ферромагнитный резонанс, С.В. Вонсовский (ред.), Физ-
матгиз, Москва (1961).
2. L. Berger, Phys. Rev. B 54, 9353 (1996).
3. J.C. Slonczewski, J. Magn. Magn. Mater. 159, L1 (1996).
4. D.C. Ralph and M.D. Stiles, J. Magn. Magn. Mater. 320,
1190 (2008).
5. N. Locatelli, V. Cros, and J. Grollier, Nature Mater. 13, 11
(2014).
6. A.A. Tulapurkar, Y. Suzuki, A. Fukushima, H. Kubota, H. Mae-
hara, K. Tsunekawa, D.D. Djayaprawira, N. Watanabe, and
S. Yuasa, Nature 438, 339 (2005).
7. J.C. Sankey, P.M. Braganca, A.G.F. Garcia, I.N. Krivorotov,
R.A. Buhrman, and D.C. Ralph, Phys. Rev. Lett. 96, 227601
(2006).
8. C. Wang, H. Seinige, and M. Tsoi, Fiz. Nizk. Temp. 39, 320
(2013) [Low Temp. Phys. 39, 247 (2013)].
9. I.K. Yanson, Yu.G. Naidyuk, V.V. Fisun, A. Konovalenko,
O.P. Balkashin, L.Yu. Triputen, and V. Korenivski, Nano
Lett. 7, 927 (2007).
10. I.K. Yanson, O.P. Balkashin, V.V. Fisun, Yu.I. Yanson, and
Yu.G. Naidyuk, Fiz. Nizk.Temp. 39, 360 (2013) [Low Temp.
Phys. 39, 279 (2013)].
11. O.P. Balkashin, V.V. Fisun, I.K. Yanson, L.Yu. Triputen,
A. Konovalenko, and V. Korenivski, Phys. Rev. B 79, 092419
(2009).
12. M.N. Baibich, J.M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Day, and
F. Petroff, Phys. Rev. Lett. 61, 2472 (1988).
13. S.I. Kiselev, J.C. Sankey, I.N. Krivorotov, N.C. Emley, R.J.
Schoelkopf, R.A. Buhrman, and D.C. Ralph, Nature 425,
380 (2003).
14. T.R. McGuire and R.I. Potter, IEEE Trans. Magn. 11, 1018
(1975).
15. N. Mecking, Y.S. Gui, and C.-M. Hu, Phys. Rev. B 76,
224430 (2007).
16. O.P. Balkashin, R.J.P. Keijsers, H. van Kempen, Yu.A. Ko-
lesnichenko, and O.I. Shklyarevskii, Phys. Rev. B 58, 1294
(1998).
17. Z. Wang, G. Yu, X. Liu, B. Zhang, X. Chen, and W. Lu,
Solid State Commun. 182, 10 (2014).
18. А.В. Медведь, Р.Г. Крышталь, А.И. Крикунов, ЖТФ 76,
72 (2006).
19. Yu.G. Naidyuk and I.K. Yanson, Point Contact Spectroscopy,
Springer Series in Solid–State Sciences, Vol. 145; Springer
Science+Business Media, Inc.; New York (2005).
20. A.H. MacDonald and C.R. Leavens, J. Phys. F: Met. Phys.
13, 665 (1983).
21. C. Kittel, Phys. Rev. 73, 155 (1948).
22. J.-M.L. Beaujour, W. Chen, A.D. Kent, and J.Z. Sun, J. Appl.
Phys. 99, 08N503 (2006).
23. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Теоретическая физика, Ме-
ханика, Наука, Москва (1963).
24. C. Wang, Y.-T. Cui, J.Z. Sun, J.A. Katine, R.A. Buhrman,
and D.C. Ralph, Phys. Rev. B 79, 224416 (2009).
25. Z. Wang, X. Zhu, X. Chen, and W. Lu, arXiv: 1310.6108
[cond-mat].
Ferromagnetic resonance in copper-permalloy point
contacts
O.P. Balkashin, V.V. Fisun, I.A. Korovkin,
and V. Korenivski
The systematic investigations of the response signal
of Copper–Permalloy (Ni80Fe20) point contacts to
1196 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2014, т. 40, № 10
Ферромагнитный резонанс в микроконтактах медь–пермаллой
microwave irradiation (8–12 GHz) are performed.
The influence of external magnetic field strength,
transport current flowing through the contact, the in-
tensity and frequency of the RF exposure on the meas-
ured signal is studied. The contributions to the contacts
resistance from the effects of giant and anisotropic
magnetoresistance are analyzed. It is established ex-
perimentally that the position of resonance features is
in good agreement with the Kittel formula calculation
for FMR in the film at a parallel H field. The reso-
nance signal was observed on the background of
an additional contribution due to the rectification of
RF current on the nonlinear contact IV-curve. It is
found that there are two mechanisms for the resonant
response are revealed: a synchronous self-detection by
means of mixing of RF current with temporal varia-
tions of resistance and a bolometric mechanism asso-
ciated with a steady-state change of contact resistance
under excitation of magnetization precession (a bolo-
metric response). It is found that the resonance signal
amplitude is linearly proportional to transport current
through the contact and microwave irradiation intensity.
PACS: 72.25.–b Spin polarized transport;
75.75.–c Magnetic properties of nanostruc-
tures;
85.75.–d Magnetoelectronics; spintronics;
76.50.+g Ferromagnetic resonance.
Keywords: point contact, spin-transfer torque, spin
valve, anisotropic magnetoresistance, microwave irra-
diation.
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2014, т. 40, № 10 1197
Введение
Механизмы отклика F–N микроконтактов в условиях ФМР
Образцы и методика измерений
Основные результаты и интерпретация
Резистивные измерения на низкой частоте
Высокочастотные исследования
Заключение
|