Магнитосопротивление и поляризация спинов электронов в наноструктуре Fe3O4 - Y2O3 - Fe3O4
Для наноструктуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4 определена зависимость поперечного сопротивления, магнитосопротивления и поляризации спинов электронов от величины тока, возбуждающего постоянное магнитное поле в слоях ферромагнетика, а также от толщины диэлектрической прослойки Y2O3. Показано, что в условиях, обе...
Saved in:
| Published in: | Современные проблемы физического материаловедения |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28650 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Магнитосопротивление и поляризация спинов электронов в наноструктуре Fe3O4 - Y2O3 - Fe3O4 / А.Ф. Андреева, А.М. Касумов, В.В. Гавриленко // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2009. — Вип. 18. — С. 29-32. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-28650 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Андреева, А.Ф. Касумов, А.М. Гавриленко, В.В. 2011-11-15T18:12:37Z 2011-11-15T18:12:37Z 2009 Магнитосопротивление и поляризация спинов электронов в наноструктуре Fe3O4 - Y2O3 - Fe3O4 / А.Ф. Андреева, А.М. Касумов, В.В. Гавриленко // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2009. — Вип. 18. — С. 29-32. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. XXXX-0073 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28650 537 Для наноструктуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4 определена зависимость поперечного сопротивления, магнитосопротивления и поляризации спинов электронов от величины тока, возбуждающего постоянное магнитное поле в слоях ферромагнетика, а также от толщины диэлектрической прослойки Y2O3. Показано, что в условиях, обеспечивающих локальное воздействие магнитного поля на слои Fe3O4, в них может быть достигнута значительная поляризация спинов электронов (до 91%) и соответствующее магнитосопротивление структуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4 (до 483%). ru Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України Современные проблемы физического материаловедения Магнитосопротивление и поляризация спинов электронов в наноструктуре Fe3O4 - Y2O3 - Fe3O4 Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Магнитосопротивление и поляризация спинов электронов в наноструктуре Fe3O4 - Y2O3 - Fe3O4 |
| spellingShingle |
Магнитосопротивление и поляризация спинов электронов в наноструктуре Fe3O4 - Y2O3 - Fe3O4 Андреева, А.Ф. Касумов, А.М. Гавриленко, В.В. |
| title_short |
Магнитосопротивление и поляризация спинов электронов в наноструктуре Fe3O4 - Y2O3 - Fe3O4 |
| title_full |
Магнитосопротивление и поляризация спинов электронов в наноструктуре Fe3O4 - Y2O3 - Fe3O4 |
| title_fullStr |
Магнитосопротивление и поляризация спинов электронов в наноструктуре Fe3O4 - Y2O3 - Fe3O4 |
| title_full_unstemmed |
Магнитосопротивление и поляризация спинов электронов в наноструктуре Fe3O4 - Y2O3 - Fe3O4 |
| title_sort |
магнитосопротивление и поляризация спинов электронов в наноструктуре fe3o4 - y2o3 - fe3o4 |
| author |
Андреева, А.Ф. Касумов, А.М. Гавриленко, В.В. |
| author_facet |
Андреева, А.Ф. Касумов, А.М. Гавриленко, В.В. |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Современные проблемы физического материаловедения |
| publisher |
Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України |
| format |
Article |
| description |
Для наноструктуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4 определена зависимость поперечного сопротивления, магнитосопротивления и поляризации спинов электронов от величины тока, возбуждающего постоянное магнитное поле в слоях ферромагнетика, а также от толщины диэлектрической прослойки Y2O3. Показано, что в условиях, обеспечивающих локальное воздействие магнитного поля на слои Fe3O4, в них может быть достигнута значительная поляризация спинов электронов (до 91%) и соответствующее магнитосопротивление структуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4 (до 483%).
|
| issn |
XXXX-0073 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28650 |
| citation_txt |
Магнитосопротивление и поляризация спинов электронов в наноструктуре Fe3O4 - Y2O3 - Fe3O4 / А.Ф. Андреева, А.М. Касумов, В.В. Гавриленко // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2009. — Вип. 18. — С. 29-32. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT andreevaaf magnitosoprotivlenieipolârizaciâspinovélektronovvnanostrukturefe3o4y2o3fe3o4 AT kasumovam magnitosoprotivlenieipolârizaciâspinovélektronovvnanostrukturefe3o4y2o3fe3o4 AT gavrilenkovv magnitosoprotivlenieipolârizaciâspinovélektronovvnanostrukturefe3o4y2o3fe3o4 |
| first_indexed |
2025-11-25T21:04:46Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:04:46Z |
| _version_ |
1850544155840741376 |
| fulltext |
УДК 537
Магнитосопротивление и поляризация спинов
электронов в наноструктуре Fe3O4—Y2O3—Fe3O4
при работе на постоянном токе
А. Ф. Андреева, А. М. Касумов, В. В. Гавриленко
Для наноструктуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4 определена зависимость поперечного
сопротивления, магнитосопротивления и поляризации спинов электронов от
величины тока, возбуждающего постоянное магнитное поле в слоях
ферромагнетика, а также от толщины диэлектрической прослойки Y2O3.
Показано, что в условиях, обеспечивающих локальное воздействие магнитного
поля на слои Fe3O4, в них может быть достигнута значительная поляризация
спинов электронов (до 91%) и соответствующее магнитосопротивление
структуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4 (до 483%).
Введение
Магнетит Fe3O4 известен как полуметалл, обладающий электронами с
высокой степенью поляризации спинов, благодаря чему он может быть
использован для изготовления устройств, основанных на спин-зависимом
переносе заряда, таких как датчики магнитного поля, считывающие
головки, элементы памяти с высокой плотностью записи [1].
Эффективность работы таких устройств повышается с ростом уровня
достигаемой поляризации спинов. В работе [2] сообщается о получении
значительной поляризации 84% в контактах Fe3O4, что уже близко к
максимально возможному в магнетите значению 100%.
В настоящей работе использована возможность дальнейшего
повышения уровня поляризации спинов в пленках Fe3O4 локальным
воздействием постоянного магнитного поля. Оценена также величина
магнитосопротивления, достигаемая при этом в туннельной наноструктуре
Fe3O4—Y2O3—Fe3O4, и ее зависимость от толщины прослойки Y2O3.
Экспериментальная часть
Величину поляризации спинов и магнитосопротивление определяли
по методике работы [3] в туннельной наноструктуре, состоящей из двух
одинаковых слоев ферромагнетика Fe3O4, которые разделены тонкой
диэлектрической прослойкой Y2O3. В такой структуре сопротивление
туннельному переходу зарядов между слоями ферромагнетика зависит от
взаимной ориентации в них векторов спиновой поляризации и может
регулироваться внешним магнитным полем, влияющим на направление
спинов. Измеряя сопротивление перехода при параллельном и антипарал-
лельном направлениях спинов в слоях ферромагнетика, можно по
формулам Джуллиере (Julliere) определить величину поляризации спинов
в слоях Fe3O4 и магнитосопротивление структуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4.
На рис. 1 представлена схема измерения поперечного сопротивления
структуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4 на постоянном токе. Структура 2—4
заключена между двумя медными пленочными электродами 1, 5, по
которым проходит постоянный ток, возбуждаемый источниками постоян-
© А. Ф. Андреева, А. М. Касумов, В. В. Гавриленко, 2009
29
Рис. 1. Схема измерения поперечного Рис. 2. Зависимость поперечного
сопротивления наноструктуры Fe3O4— сопротивления R↑↑ (1) и R↑↓ (2)
Y2O3—Fe3O4: 1, 5 — Cu-электроды; структуры Fe3O4—Y2O3 (95 нм) —
2, 4 — слои Fe3O4; 3 — прослойка Fe3O4 от величины возбуждаю-
Y2O3; 6, 7 — источники постоянного щего тока, текущего по Си-элек-
напряжения; 8 — переключатель; 9 — тродам.
омметр; 10, 11 —амперметры.
ного напряжения 6, 7. Переключатель 8 позволяет пропускать ток через
верхний и нижний Cu-электроды либо в одинаковых, либо в
противоположных направлениях. Проходящий по Cu-электродам ток
возбуждает в прилегающих к ним слоях Fe3O4 поперечное магнитное поле
соответственно с антипараллельным и параллельным направлениями
векторов напряженности. Омметр 9 измеряет поперечное сопротивление
структуры Fe3O4—Y2Оз—Fe3O4 при параллельной R^ и антипараллельной Яц
поляризации спинов, устанавливаемой в слоях Fe3O4 магнитным полем.
Полученные значения R↑↑ и R↑↓ использовали для определения
магнитосопротивления MR и поляризации спинов Р.
Многослойную структуру наносили на стеклянную подложку методом
электронно-лучевого испарения металлов. Для образования оксидных
слоев напыление Fe и Y производили в присутствии кислорода. На
основании исследований, проведенных ранее [4], установлено, что пленки
Fe3O4 и Y2O3 стехиометрического состава образуются при следующих
условиях напыления: парциальное давление кислорода — 2·10-3 Па,
скорость роста слоев Fe3O4 — 5—50 нм/мин и Y2O3 — 2—70 нм/мин,
температура подложки — 20—50 °С. При таких условиях пленки Fe3O4
являлись поликристаллическими, а пленки Y2О3 — аморфными.
Длина и ширина структуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4 равна соответственно 1
и 0,1 см, толщина слоев Си — 150 нм, Fe3O4 — 150 нм, Y2O3 —
варьировалась в пределах 3—100 нм.
На рис. 2 приведена зависимость сопротивления R↑↑ (1) и R↑↓ (2)
структуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4 от величины возбуждающего тока,
протекающего в Cu-электродах. Величина тока в верхнем и нижнем Cu-
электродах одинакова. Как видно на данном рисунке, с ростом
величины возбуждающего тока, а значит, и напряженности магнитного
поля в слоях Fe3O4 возрастает сопротивление R↑↑ и R↑↓, причем R↑↑
увеличивается быстрее, чем R↑↓.
С ростом величины возбуждающего тока быстро возрастает и поляри-
зация спинов в слоях Fe3O4 (рис. 3, а, кривая 1). Максимальная
поляризация, достигаемая при токе 0,08 А, составляет 91%. При более
30
Рис. 3. Зависимость поляризации Р (1) спинов электронов в слоях Fe3O4 и
магнитосопротивления MR (2) структуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4 от величины
возбуждающего тока / (а) и от толщины прослойки Y2O3 (б, / = 0,1 А).
высоком токе рост поляризации прекращается и свыше 0,15 А начинает
уменьшаться.
Рост тока, возбуждающего магнитное поле в слоях Fe3O4, приводит
к увеличению магнитосопротивления структуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4
(рис. 3, а, кривая 2). Максимальная величина магнитосопротивления 483%
наблюдается при токе 0,08 А, то есть в условиях достижения максимальной
поляризации спинов в слоях Fe3O4.
С ростом толщины прослойки Y2O3 в структуре Fe3O4—Y2O3—Fe3O4
достигаемая в слоях Fe3O4 поляризация спинов электронов увеличивается.
Рост поляризации прекращается при толщине прослойки более 75 нм
(рис. 3, б, кривая 1). Магнитосопротивление структуры также возрастает,
достигая предела при той же толщине прослойки (рис. 3, б, кривая 2).
Обсуждение результатов
Рост зависимости Р(I), показанный на рис. 3 (кривая 1), отражает
процесс возрастающей ориентации спинов электронов в усиливающемся
магнитном поле, порождаемом токами в Cu-электродах. Максимальная
поляризация спинов Р = 91%, полученная в слоях Fe3O4 структуры Fe3O4—
Y2O3—Fe3O4, близка к максимально возможной в магнетите величине Р = =
100%. Достижение столь высокого значения в поликристаллических
пленках Fe3O4 становится возможным благодаря применению магнитного
поля, действующего локально на слои ферромагнетика. В случае
повышения возбуждающего тока более 0,1 А, когда, предположительно,
магнитное поле каждого Cu-электрода начинает воздействовать сразу на
оба слоя Fe3O4, поляризация спинов быстро уменьшается.
Аналогичный эффект наблюдается, по-видимому, и при увеличении
толщины прослойки Y2O3 в структуре Fe3O4—Y2O3—Fe3O4. Рост толщины
диэлектрического слоя способствует лучшей локализации магнитных
полей в слоях Fe3O4 и получению более высокой спиновой поляризации
(рис. 3, б, кривая 1). При большой толщине прослойки Y2O3 (>75 нм) рост
кривой P(h) прекращается, то есть достигнутая величина Р = 91% в
данных условиях является предельной. При очень малой толщине Y2O3
(3 нм) и такой же величине возбуждающего тока 0,1 А Р снижается до
57%, отражая взаимное влияние слоев Fe3O4.
31
Рост поляризации спинов Р(I) приводит, согласно работе [3], к увели-
чению магнитосопротивления структуры Fe3O4—Y2O3—Fe3O4 (рис. 3, а,
кривая 2). Значительная поляризация, полученная в слоях Fe3O4, позволяет
достичь при этом и большого магнитосопротивления (483%). О возмож-
ности получения магнитосопротивления 500% в наноконтактах Fe3O4
сообщается и в работе [5].
Так же, как для поляризации спинов, с увеличением толщины прослой-
ки Y2O3 наблюдается рост и магнитосопротивления (рис. 3, б, кривая 2).
При большой толщине прослойки (>75 нм) увеличение MR(h) прекра-
щается. При малой толщине Y2O3 (3 нм) величина MR снижается до 50%.
Выводы
В наноструктуре Fe3O4—Y2O3—Fe3O4, работающей на постоянном
токе, достигнута поляризация спинов электронов в слоях Fe3O4, равная
91%, и соответствующее ей магнитосопротивление 483%. Значительная
поляризация получена за счет приложения магнитного поля, локально
действующего на каждый слой Fe3O4.
С ростом толщины прослойки Y2O3 происходит увеличение
поляризации спинов электронов в слоях Fe3O4, что объясняется
повышением локализации действующего на них магнитного поля.
1. Sliuziene К. Growth and investigation of magnetite thin films and heterostructures
// Summary of Doctoral Dissertation. — Vilnius: Vilnius University, 2006.
2. Preisler E. J., Brooke J., Oldham N. C, McGill Т. С Pulsed laser deposition
growth of Fe3O4 on III-V semiconductors for spin injection // J. Vac. Sci. Technol. —
2003. — B21, No. 4. — P. 1745—1748.
3. Teresa J. M. de. Magnetoresistance phenomena in magnetic materials and devices //
European School on Magnetism: New Experimental Approaches in Magnetism. —
Constanta, Romania: September 7—16, 2005. — http://esm.neel.cnrs.fr/2005-
constanta/abs/deteresa-abs.pdf
4. Андреева А. Ф., Касумов А. М., Двойненко О. К. Свойства поликристалли
ческих пленок магнетита РезО4 // Современные проблемы физического
материаловедения. — К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. —
2008. — Вып. 17. — С. 163—165.
5. Switzer I. A., Sorenson Т. A., Morton S. A., Waddill G. D. Magnetic properties of
Fe3O4 films grown by epitaxial electrodeposition on the low index planes of gold //
http://www.als.lbl.gov/als/compendium/AbstractManager/frontend/pagBeamlines2.
php?BeamLineID=32
|