Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах

З використанням Моттового наближення для феромагнетних металів у рамках модифікованого моделю Маядаса та Шацкеса проаналізовано гігантський магнеторезистивний ефект (ГМРЕ) у полікристалічних магнетних мультишарах з ультратонкими спейсерами. Одержано загальний та наближені вирази, за допомогою яких...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Datum:	2008
Hauptverfasser:	Дехтярук, Л.В., Проценко, І.Ю., Чорноус, А.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2008
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87846
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах / Л.В. Дехтярук, І.Ю. Проценко, А.М. Чорноус // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 1. — С. 1-8. — Бібліогр.: 21 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87846
record_format	dspace
spelling	Дехтярук, Л.В. Проценко, І.Ю. Чорноус, А.М. 2015-10-28T11:11:09Z 2015-10-28T11:11:09Z 2008 Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах / Л.В. Дехтярук, І.Ю. Проценко, А.М. Чорноус // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 1. — С. 1-8. — Бібліогр.: 21 назв. — укр. 1816-5230 PACS numbers: 72.10.Fk,72.15.Lh,73.40.Jn,73.50.Gr,73.50.Jt,75.30.Vn,75.70.Pa https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87846 З використанням Моттового наближення для феромагнетних металів у рамках модифікованого моделю Маядаса та Шацкеса проаналізовано гігантський магнеторезистивний ефект (ГМРЕ) у полікристалічних магнетних мультишарах з ультратонкими спейсерами. Одержано загальний та наближені вирази, за допомогою яких можна оцінити величину амплітуди ефекту, обумовленого асиметрією зерномежового та інтерфейсного спіналежного розсіяння електронів. Виявлено умови, за яких відбувається зміна знаку ефекту, та досліджено вплив розсіяння носіїв заряду на межах зерен на амплітуду ГМРЕ. Within both the Mott approximation for ferromagnetic metals and the modified Mayadas—Shatzkes model, the giant magnetoresistance effect in magnetic polycrystalline multilayers with ultrathin spacers is investigated. With the general and simple asymptotic formulas obtained, the amplitude of effect caused by the asymmetry of both the spin-dependent interface scattering of electrons and the spin-dependent transmission of electrons between the adjacent magnetic layers is estimated. The conditions, under which the effect changes the sign, are revealed, and the grain-boundary scattering influence on the giant-magnetoresistance effect amplitude is investigated too. С использованием приближения Мотта для ферромагнитных металлов в рамках модифицированной модели Маядаса и Шацкеса проанализирован гигантский магниторезистивный эффект (ГМРЭ) в поликристаллических магнитных мультислоях с ультратонкими спейсерами. Получено общее та приближенные выражения, с помощью которых можно оценить амплитуду эффекта, обусловленного асимметрией зернограничного и интерфейсного спин-зависимого рассеяния электронов. Найдены условия, при которых происходит изменение знака эффекта, и исследовано влияние рассеяния носителей заряда на границах зерен на ГМРЭ. Роботу виконано в рамках спільного науково-технічного проєкту між Сумським державним університетом та Інститутом фізики Словацької академії наук (м. Братислава). uk Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах Giant Magnetoresistance Effect in Magnetic Polycrystalline Multilayers Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах
spellingShingle	Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах Дехтярук, Л.В. Проценко, І.Ю. Чорноус, А.М.
title_short	Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах
title_full	Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах
title_fullStr	Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах
title_full_unstemmed	Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах
title_sort	гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах
author	Дехтярук, Л.В. Проценко, І.Ю. Чорноус, А.М.
author_facet	Дехтярук, Л.В. Проценко, І.Ю. Чорноус, А.М.
publishDate	2008
language	Ukrainian
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
format	Article
title_alt	Giant Magnetoresistance Effect in Magnetic Polycrystalline Multilayers
description	З використанням Моттового наближення для феромагнетних металів у рамках модифікованого моделю Маядаса та Шацкеса проаналізовано гігантський магнеторезистивний ефект (ГМРЕ) у полікристалічних магнетних мультишарах з ультратонкими спейсерами. Одержано загальний та наближені вирази, за допомогою яких можна оцінити величину амплітуди ефекту, обумовленого асиметрією зерномежового та інтерфейсного спіналежного розсіяння електронів. Виявлено умови, за яких відбувається зміна знаку ефекту, та досліджено вплив розсіяння носіїв заряду на межах зерен на амплітуду ГМРЕ. Within both the Mott approximation for ferromagnetic metals and the modified Mayadas—Shatzkes model, the giant magnetoresistance effect in magnetic polycrystalline multilayers with ultrathin spacers is investigated. With the general and simple asymptotic formulas obtained, the amplitude of effect caused by the asymmetry of both the spin-dependent interface scattering of electrons and the spin-dependent transmission of electrons between the adjacent magnetic layers is estimated. The conditions, under which the effect changes the sign, are revealed, and the grain-boundary scattering influence on the giant-magnetoresistance effect amplitude is investigated too. С использованием приближения Мотта для ферромагнитных металлов в рамках модифицированной модели Маядаса и Шацкеса проанализирован гигантский магниторезистивный эффект (ГМРЭ) в поликристаллических магнитных мультислоях с ультратонкими спейсерами. Получено общее та приближенные выражения, с помощью которых можно оценить амплитуду эффекта, обусловленного асимметрией зернограничного и интерфейсного спин-зависимого рассеяния электронов. Найдены условия, при которых происходит изменение знака эффекта, и исследовано влияние рассеяния носителей заряда на границах зерен на ГМРЭ.
issn	1816-5230
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87846
citation_txt	Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах / Л.В. Дехтярук, І.Ю. Проценко, А.М. Чорноус // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 1. — С. 1-8. — Бібліогр.: 21 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT dehtâruklv gígantsʹkiimagnetorezistivniiefektumagnetnihpolíkristalíčnihmulʹtišarah AT procenkoíû gígantsʹkiimagnetorezistivniiefektumagnetnihpolíkristalíčnihmulʹtišarah AT čornousam gígantsʹkiimagnetorezistivniiefektumagnetnihpolíkristalíčnihmulʹtišarah AT dehtâruklv giantmagnetoresistanceeffectinmagneticpolycrystallinemultilayers AT procenkoíû giantmagnetoresistanceeffectinmagneticpolycrystallinemultilayers AT čornousam giantmagnetoresistanceeffectinmagneticpolycrystallinemultilayers
first_indexed	2025-11-26T23:32:06Z
last_indexed	2025-11-26T23:32:06Z
_version_	1850781316528734208
fulltext	1 PACS numbers: 72.10.Fk, 72.15.Lh, 73.40.Jn, 73.50.Gr, 73.50.Jt, 75.30.Vn, 75.70.Pa Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах Л. В. Дехтярук, І. Ю. Проценко, А. М. Чорноус Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, вул. Сумська, 40, 61002 Харків, Україна *Сумський державний університет, вул. Римського-Корсакова, 2, 40007 Суми, Україна З використанням Моттового наближення для феромагнетних металів у рамках модифікованого моделю Маядаса та Шацкеса проаналізовано гігантський магнеторезистивний ефект (ГМРЕ) у полікристалічних ма- гнетних мультишарах з ультратонкими спейсерами. Одержано загаль- ний та наближені вирази, за допомогою яких можна оцінити величину амплітуди ефекту, обумовленого асиметрією зерномежового та інтер- фейсного спін-залежного розсіяння електронів. Виявлено умови, за яких відбувається зміна знаку ефекту, та досліджено вплив розсіяння носіїв заряду на межах зерен на амплітуду ГМРЕ. Within both the Mott approximation for ferromagnetic metals and the modified Mayadas—Shatzkes model, the giant magnetoresistance effect in magnetic polycrystalline multilayers with ultrathin spacers is investi- gated. With the general and simple asymptotic formulas obtained, the amplitude of effect caused by the asymmetry of both the spin-dependent interface scattering of electrons and the spin-dependent transmission of electrons between the adjacent magnetic layers is estimated. The condi- tions, under which the effect changes the sign, are revealed, and the grain-boundary scattering influence on the giant-magnetoresistance effect amplitude is investigated too. С использованием приближения Мотта для ферромагнитных металлов в рамках модифицированной модели Маядаса и Шацкеса проанализирован гигантский магниторезистивный эффект (ГМРЭ) в поликристаллических магнитных мультислоях с ультратонкими спейсерами. Получено общее та приближенные выражения, с помощью которых можно оценить ам- плитуду эффекта, обусловленного асимметрией зернограничного и ин- Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2008, т. 6, № 1, сс. 1—8 © 2008 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 2 Л. В. ДЕХТЯРУК, І. Ю. ПРОЦЕНКО, А. М. ЧОРНОУС терфейсного спин-зависимого рассеяния электронов. Найдены условия, при которых происходит изменение знака эффекта, и исследовано влия- ние рассеяния носителей заряда на границах зерен на ГМРЭ. Ключові слова: магнетний полікристалічний мультишар, гігантський магнеторезистивний ефект, двострумовий Моттів модель, модель Мая- даса і Шацкеса. (Отримано 10 грудня 2007 р.) 1. ВСТУП Великий науковий та практичний інтерес до штучно створених тришаровим та багатошарових магнетних систем (наноструктур), які складаються з магнетних та немагнетних шарів металу, що чер- гуються, обумовлений як можливістю розв’язання цілого ряду про- блем фізики твердого тіла, так і перспективами застосування таких наноструктур у ріжних областях техніки [1, 2]. Серед значної кіль- кости ріжноманітних ефектів, які спостерігаються у магнетних ба- гатошарових зразках, найбільш цікавим, з точки зору практичного застосування, являється гігантський магнеторезистивний ефект (ГМРЕ), який вперше спостерігався у Fe/Cr мультишарах [3], оде- ржаних відносно складною методою молекулярно-променевої епі- таксії. Подалі Паркін [4] спостерігав аналогічний ефект у магнет- них багатошарових зразках, одержаних значно простішою мето- дою, а саме методою напорошення на підкладку, яку широко вико- ристовують у промисловости для одержання одно- та багатошаро- вих плівкових системах. Багатошарові нанокристалічні системи, одержані таким чином, як правило, моноблочні за товщиною [4—6], а у напрямку, паралельному інтерфейсам провідника, мають полі- кристалічну структуру. У випадку, коли характерний розмір крис- талітів у площині шарів Li за порядком величини збігається з сере- дньою довжиною вільного пробігу носіїв заряду li, розсіяння носів заряду на міжкристалітних межах змінює провідність мультишару і, відповідно, змінюється величина амплітуди ГМРЕ, що і є предме- том теоретичного дослідження даного повідомлення. 2. ЗАГАЛЬНІ АНАЛІТИЧНІ ВИРАЗИ ДЛЯ ПРОВІДНОСТИ МУЛЬТИШАРУ З AP- ТА P-КОНФІҐУРАЦІЯМИ Кількісно ГМРЕ можна охарактеризувати відносною зміною прові- дности P APΔσ = σ − σ багатошарового зразка в результаті його пере- магнетування, нормованою на провідність зразка σAP з антиферома- гнетною взаємодією (вектори намагнетованости у сусідніх шарах металу антипаралельні – AP-конфіґурація): МАГНЕТООПІР У МАГНЕТНИХ ПОЛІКРИСТАЛІЧНИХ МУЛЬТИШАРАХ 3 1P AP AP AP σΔσ δ = ≡ − σ σ , (1) у випадку коли спостерігається неґативний (прямий) ефект ГМО. Якщо ж у магнетних мультишарах реалізується позитивний (інвер- сний) ефект [7], то зміну провідности у результаті переведення про- відника між AP P→ -конфіґураціями (вектори намагнетованости у сусідніх шарах паралельні) потрібно нормувати на провідність σP зразка, в якому реалізується P-конфіґурація: 1 A P P P P σΔσ δ = ≡ − σ σ . (2) У випадку, коли товщини шарів багатошарової магнетної плівки з полікристалічною структурою значно більші за де Бройлеву дов- жину хвилі електронів, а спін-фліп процеси незначні і ними можна знехтувати (що виправдано за низьких температур [2]), то провід- ності σAP і σP можна розрахувати у рамках Моттового моделю феро- магнетного металу [8] та модифікованого моделю Маядаса і Шацке- са (модель МШ) [9], у якім одночасно враховується розсіяння носіїв заряду в об’ємі шарів металу, на їх інтерфейсах та межах зерен. Не зупиняючись на стандартній процедурі розв’язання Больц- маннового кінетичного рівнання, доповненого відповідними крайо- вими умовами для функції розподілу для носіїв заряду [10—12] на ін- терфейсах провідника, запишемо кінцевий результат розрахунку питомої провідности полікристалічного мультишару з AP-конфіґу- рацією (вважається, що магнетні шари металу розділені ультратон- кими немагнетними спейсерами, провідність яких значно менша за провідність феромагнетних шарів металу, і їх роль полягає у форму- ванні антиферомагнетної конфіґурації провідника) [13]: ( ) ( ) ( ) 2 2 0 1 1n j s n j s n j s AP APj j j APj s j n s j n d d − − − =± ≠ = =± ≠ σ = σ = σ Φ∑ ∑ ∑∑ , (3) де 1 2d d d= + – товщина елемента періодичности багатошарового зразка (товщина бішару); 0 s jσ – провідність масивного монокриста- лічного металу, час релаксації електронів у якому – 0 s jτ ; верхній ін- декс ( )s = ± ↑↓ ( )s− = m визначає знак проєкції спіну на вектор нама- гнетованости у магнетнім шарі металу, а нижні індекси 1,2j n≠ = й визначають номер шару елемента періодичности провідника. Розмірні функції s APjΦ у формулі (3) можна записати у вигляді: ( ) ( )312 2 2 0 0 0 16 cos ss jgjs s APj js s s j j j x x E d dx G k H π − −σ Φ = − φ φ σ π ∫ ∫ , (4) 4 Л. В. ДЕХТЯРУК, І. Ю. ПРОЦЕНКО, А. М. ЧОРНОУС ( ) ( ) ( ){ }1 1 1 1s s s s s s s s s j jn j nj n jn nj j nn j s G P E P E Q Q E E− − − − − = − + + − × Δ ( )1 s s n js s s s s s j nj n nj n ns s j j H C P E Q E C H − − − − − − − ⎧ ⎫τ⎪ ⎪× − +⎨ ⎬ τ⎪ ⎪⎩ ⎭ , (5) 2 2 2 2 2 2 21 2 ( )s s s s s s s s s s s s s s s jn j nj n jn nj j n jn nj jn nj j nP E P E Q Q E E Q Q P P E E− − − − − − −Δ = − − − + − , ( ) ( )1 1 s s n js s s s s j jn j nj ns s j j H C P E Q E H − − − − τ = − + − τ , exp s js s j j k E H x ⎧ ⎫⎪ ⎪= −⎨ ⎬ ⎪ ⎪⎩ ⎭ , 2 1 , cos 1 s js jH x α = + φ − js j s j d k l = , де consts jnP = і визначає ймовірність дзеркального розсіяння носія заряду на межі поділу між j-м та n-м шарами металу; consts njQ = і ви- значає ймовірність проходження електрона з n-го шару в j-й шар без розсіяння, так щоб виконувалися нерівності; ( )( )( )/ 1s s s s j j j j jl R L Rα = − – зерномежовий параметр; s jR – ймовірність дифузного розсіяння електронів на межах зерен. Функція 0/s s gj jσ σ у формулі (4) описує провідність масивного по- лікристалічного металу ( )jd → ∞ і у рамках моделів Мотта [8] та МШ [9] дорівнює: 2 2 3 0 2 3 1 3 , 1, 23 1 1 3 3 ln 1 3 32 , 1. 4 5 s s s s j j j gj s s s j j js s sj j js s i j ⎧ − α + α α <<⎪⎛ ⎞σ ⎪= − α + α − α + ≅⎜ ⎟ ⎨⎜ ⎟σ α ⎪⎝ ⎠ − α >> α α⎪⎩ (6) Якщо довжина вільного пробігу носіїв заряду s j jl d<< товщини шарів металу, тобто параметри ( 1)s jk << , то загальний вираз для ро- змірних функцій s APjΦ (4) можна спростити і записати у вигляді: ( ) ( ) ( ) ( ) ,1 1 2 1 1 s s s s s jn nj jn nj nj n js s APj js s s s jn nj jn nj P P Q Q Q d k P P Q Q − − − − − + − + + Φ = − − − , (7) де , /n j n jd d d= відношення товщин сусідніх шарів металу зразка. У формулі (7) ми знехтували несуттєвими для подальших розрахун- ків числовим множником та логаритмічним фактором. Будемо вважати, що зовнішнє магнетне поле, яке прикладене до багатошарової плівки та переводить провідник з AP в P-конфіґурацію МАГНЕТООПІР У МАГНЕТНИХ ПОЛІКРИСТАЛІЧНИХ МУЛЬТИШАРАХ 5 відносно слабке, так що його впливом на траєкторію руху носіїв заря- ду можна нехтувати. У цьому випадку питома провідність багатоша- рової плівки, у якій реалізується феромагнетна взаємодія, дорівнює: 2 2 0 1 1 1s s s P Pj j j Pj s j s j d d=± = =± = σ = σ = σ Φ∑∑ ∑∑ , (8) де розмірні функції s PjΦ й їх асимптотичні наближення визначати- муться формулами (4) і (7), у яких треба зробити заміну: s s− → . (9) 3. АСИМПТОТИЧНІ ВИРАЗИ ДЛЯ ОЦІНКИ АМПЛІТУДИ ЕФЕКТУ ГІГАНТСЬКОГО МАГНЕТООПОРУ У випадку, коли носії заряду дзеркальним чином розсіюються на межах поділу шарів (МПШ) металу, то мультишар формально мо- жна розглядати як масивний зразок [14, 15], провідність якого буде визначатися формулою (6). Скориставшись резисторним модельом [2], для величини δAP можна одержати наступний вираз: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 1 2 1 2 1 1 2 1 1 1 , , 1, 4 1 1 0, 1, g g g g g g g AP g g g g g gj − ⎧ − α ⎪α − α − α = α = α β =⎪δ = = α⎨ α + β + α + β ⎪ α =⎪⎩ (10) де 2 1/g g g + +β = σ σ , а параметри / /gj gj gj gj gj − + + −α = ρ ρ ≡ σ σ визначають ве- личину асиметрії спін-залежного розсіяння (СЗР) електронів в об’ємі полікристалічних шарів металу. У випадку, коли середня ширина кристалітів Lj значно більша за довжину вільного пробігу носіїв заряду ( )s j jL l>> , або межі зерен майже прозорі для електронів ( 1)s jR << , розсіянням носіїв заряду на міжкристалітних межах, у порівнянні з об’ємним розсіянням, можна знехтувати. У цім випадку ефект гігантського магнетоопору буде обумовлений СЗР електронів в об’ємі шару металу, а його амп- літуду можна визначити за наступною формулою [2]: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 1 2 1 2 1 1 2 1 1 1 , , 1, 4 1 1 0, 1, b b b b b b b AP b b b b b bj − ⎧ − α α − α − ⎪ α = α = α β = δ = = α⎨ α + β + α + β ⎪ α =⎩ (11) де 02 01/b + +β = σ σ , а параметри 0 0 0 0/ /bj j j j j − + + −α = ρ ρ ≡ σ σ визначають ве- личину асиметрії СЗР в об’ємі монокристалічних шарів металу [16]. Якщо ж полікристалічні шари металу, з яких складається багато- 6 Л. В. ДЕХТЯРУК, І. Ю. ПРОЦЕНКО, А. М. ЧОРНОУС шарова магнетна плівка, мають дрібнозернисту структуру ( 1)s jα >> , тобто або зерна майже не прозорі для носіїв заряду (1 1)s jR− << , або ширина кристалітів значно менша за довжину вільного пробігу елект- ронів ( )s j jL l<< , то величина δAP дорівнює: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 1 2 1 2 1 1 2 1 1 1 , , 1, 4 1 1 0, 1, R R R R R R R AP R R R R R Rj − ⎧ − α α − α − ⎪ α = α = α β = δ = = α⎨ α + β + α + β ⎪ α =⎩ (12) де 2 1 1 2( ) / ( )R L R L R+ +β = , а параметри /Rj j jR R− +α = визначають вели- чину асиметрії СЗР носіїв заряду на міжкристалітних межах. Та- ким чином, коли мультишар має дрібнозернисту структуру, то до- мінуючим механізмом ГМРЕ є асиметричне розсіяння електронів з ріжною поляризацією спіну на межах зерен. У випадку, коли шари металу тонкі ( 1)s jk << і виконується нері- вність ( )s s j jkα < , то домінуючим механізмом розсіянням носіїв за- ряду є їх розсіяння на межах поділу шарів металу, а зерномежовим розсіянням носіїв заряду можна знехтувати [14, 15]. У цім випадку, ГМРЕ буде обумовлений асиметрією СЗР носіїв заряду на інтерфей- сах багатошарової плівки. Для простоти будемо вважати, що мультишар складається з ша- рів металу однакової товщини 1 2( )d d d= = . Підставляючи формулу (7) у співвідношення (3) та (8) з урахуванням заміни (9), для грани- чних значень параметрів дзеркальности можна одержати наступні формули для оцінки амплітуди ефекту ГМО. 1. s s jn njP Q<< : ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 1 2 1 2 1 1 1 1 , , 1, 4 1 1 0, 1, Q Q QQ Q Q Q Q AP Q Q Q Q Q j − ± + − ⎧ α − ⎪α − α −β α = α = α β =⎪δ = = α⎨ α + β + β ⎪ α =⎪⎩ (13) де 12 21/Q Q QT T± ± ±β = , 1s s Qnj njT Q= − – ймовірність дифузного розсіяння носія заряду з n-го в j-шар металу, а параметри 12 21/Qjn Q QT T± ±α = ви- значають величину спінової асиметрії розсіяння електронів у сусі- дній шар металу. 2. s s jn njP Q>> : ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) 2 2 1 2 2 1 1 2 1 1 1 1 1 4 1 1 P P P P P AP P P P P − + α − α + + β α − α + δ = = α + α + β α + ( )2 1 2 1 , , 1, 4 0, 1, P P P P P P Pj ± ⎧ α − ⎪ α = α = α β = = α⎨ ⎪ α =⎩ (14) МАГНЕТООПІР У МАГНЕТНИХ ПОЛІКРИСТАЛІЧНИХ МУЛЬТИШАРАХ 7 де 12 21/P P PT T± ± ±β = , 1s s Pjn jnT P= − – ймовірність дифузного розсіяння електрона на межі поділу між j-м та n-м шарами металу без прохо- дження у сусідній шар; а параметри /Pjn Pjn PjnT T− +α = визначають спінову асиметрію дифузного розсіяння електронів на інтерфейсі зразка без проходження у сусідній шар металу. З формул для величини δAP (10)—(14) легко одержати аналогічні формули для δP (2), якщо в них зробити наступні заміни: ( ) ( ) ( )1 1 1 2 1 2 11 1 1 ,g g g g g g g g g − −⎡ ⎤ ⎡ ⎤α + β + α + β → + α β + α α + β⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ( ) ( ) ( )1 1 1 2 1 2 11 1 1 ,b b b b b b b b b − −⎡ ⎤ ⎡ ⎤α + β + α + β → + α β + α α + β⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ( ) ( ) ( ) ( )12 21 12/ 1 1 / 1 ,Q Q Q Q Q Q Q Q Q − + − + + +⎡ ⎤ ⎡ ⎤β α + β + β → β α + β α β +⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ( )( )12 21 124 1 1P P P P +⎡ ⎤α + α + β α + →⎣ ⎦ ( )( ) ( ) ( )21 12 12 211 1 1 1P P P P P −⎡ ⎤→ + α + β α + α + α +⎣ ⎦ . Якщо багатошарова плівка є «симетричною», тобто складається з магнетних шарів металу з однаковими структурними характерис- тиками, то у знаменниках формул (10)—(14) у фіґурних дужках по- трібно виконати наступну заміну: 24 (1 )γ → + γ , де , , ,R b Q Pγ = α α α α . Оскільки багатошарову плівку формально можна розглядати як сандвіч, зовнішні межі якого дзеркальним чином розсіюють носіїв заряду, то співвідношення (10)—(14) можна використати для визна- чення величини ГМРЕ у тришарових магнетних плівках, зовнішні межі яких є «дзеркальними». Також зауважимо, що при виконанні рівности Pjn Pnj Pα = α = α формула (14) збігається з формулою (4) ро- боти [20], у якій необхідно нехтувати квадратичним множником за параметром дифузности s PT та ввести параметр αP. Із аналізи формул (10)—(13) випливає, що у випадку ріжної асиме- трії розсіяння електронів з ріжною поляризацією спіну ( 1 21, 1γ > γ < або навпаки), тобто коли багатошарова плівка складається з шарів ріжного магнетного металу, то можлива інверсія ефекту, в той час як дзеркальне розсіяння на інтерфейсах мультишару призводить до ка- налювання струму [21], і зміна знаку ефекту неможлива (див. фор- мулу (14)). У граничнім випадку, при повністю дзеркальнім відбитті носіїв заряду, межі поділу шарів металу стають абсолютно непрозорі для електронів, і гігантський магнеторезистивний ефект відсутній в силу відсутности взаємочину між магнетними шарами металу. 4. ВИСНОВКИ Таким чином, якщо багатошарова магнетна плівка має дрібнозер- 8 Л. В. ДЕХТЯРУК, І. Ю. ПРОЦЕНКО, А. М. ЧОРНОУС нисту структуру, а взаємодія електронів з інтерфейсами провідника не призводить до дисипації спін-поляризованого струму, то ГМРЕ обумовлений СЗР носіїв заряду на міжкристалітних межах (див. формулу (12)). Якщо шари металу зразка тонкі, то амплітуда ефек- ту гігантського магнетоопору формується за рахунок асиметрії ін- терфейсного СЗР електронів. У випадку, коли мультишар склада- ється з магнетних шарів металу ріжного сорту, то можлива інверсія ефекту. Однак зміна знаку ефекту неможлива у випадку майже «дзеркальних» інтерфейсів внаслідок ефекту каналювання. ПОДЯКИ Роботу виконано в рамках спільного науково-технічного проєкту між Сумським державним університетом та Інститутом фізики Словацької академії наук (м. Братислава). ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. В. Г. Дорогань, Ф. В. Моцний, УФЖ, 49, № 12: 1174 (2004). 2. E. Y. Tsymbal and D. G. Pettifor, Solid State Physics. Vol. 56 (Eds. H. Ehren- reich and F. Spaepen) (New York: Academic Press: 2001), p. 113. 3. M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert et al., Phys. Rev. Lett., 61, No. 21: 2472 (1988). 4. S. S. P. Parkin, Annu. Rev. Sci., 25: 357 (1995). 5. A. R. Modak, D. J. Smith, and S. S. P. Parkin, Phys. Rev., 50: 4232 (1994). 6. В. В. Зорченко, А. Н. Стеценко, А. Г. Андерс, ФНТ, 31, № 6: 665 (2006). 7. J. M. Georg, L. G. Pererira, A. Barthelemy et al., Phys. Rev. Lett., 72, No. 3: 408 (1994). 8. N. F. Mott, Proc. Roy. Soc. London. Ser. A, 153: 699 (1936). 9. A. F. Mayadas and M. Shatzkes, Phys. Rev. B, No. 1: 1382 (1970). 10. R. E. Camley and J. Barnas, Phys. Rev. Lett., 63, No. 6: 664 (1989). 11. В. Я. Кравченко, Письма в ЖЭТФ, 121: 703 (2002). 12. В. Я. Кравченко, ЖЭТФ, 74: 466 (2001). 13. Л. В. Дехтярук, Металлофиз. новейшие технол., 30, № 2: 219 (2008). 14. A. Chornous, L. Dekhtyaruk, M. Marszalek et al., Cryst. Res. Technol., 41, No. 4: 388 (2006). 15. L. V. Dekhtyaruk, S. I. Protcenko, A. M. Chornous et al., Ukr. J. Phys., 49, No. 6: 587 (2004). 16. A. Fert and I. A. Campbell, J. Phys. F: Metal Physics, 6, No. 5: 849 (1976). 17. B. Dieny, J. Magn. Magn. Mat., 136: 335 (1994). 18. Л. В. Дехтярук, Ю. О. Колесніченко, УФЖ, 42, № 9: 1094 (1997). 19. Л. В. Дехтярук, Ю. А. Колесниченко, ФНТ, 19, № 9: 1013 (1993). 20. В. И. Окулов, ФНТ, 20, № 4: 400 (1994). 21. B. Dieny, J. Magn. Magn. Mater., 136: 335 (1994).

Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах

Institution

Ähnliche Einträge