Гигантское магнитное сопротивление реферат

Обновлено: 07.07.2024

Со времен открытия прошло почти 20 лет, и за это время приборы, основанные на гигантском магнитном сопротивлении (ГМС, или, как принято его называть в англоязычной литературе GMR ) вошли в плоть и кровь современной цифровой цивилизации (головки считывания на ГМС используются в жестком диске каждого компьютера), а концепция спинового транспорта, спиновой инжекции, спиновых поляризаторов и анализаторов легли в основу понятийного аппарата нового направления науки и техники - спиновой электроники [1].

Эффект гигантского магнитосопротивления

Эффект гигантского магнитосопротивления, первоначально наблюдался в многослойных структурах, которые состоят из чередующихся магнитных и немагнитных проводящих слоев [2,3] (см. рис. 2), например, ( Co/Cu)_n или (Fe/Cr)_n . Такие структуры называют магнитными сверхрешетками. Толщины слоев, как правило, составляют доли-единицы нанометров. Эффект состоит в том, что сопротивление структуры, измеренное при токе, текущем в плоскости системы, зависит от взаимного направления намагниченности соседних магнитных слоев. Так, при параллельной намагниченности слоев сопротивление, как правило, низкое, а при антипараллельном – высокое. Относительное изменение сопротивления системы составляет от 5 до 50% в зависимости от материалов, количества слоев и температуры. Эта величина на порядок больше, чем у предшественника эффекта гигантского магнитосопротивления – эффекта анизотропного магнитосопротивления [1] , чем и объясняется название первого.

Рис. 2. Магнитные сверхрешетки, на которых наблюдается эффект ГМС.

Схематично изображен транспорт электронов противоположных поляризаций в случае

а) параллельной и б) антипараллельной ориентаций намагниченностей магнитных слоев.

В нижних частях рисунков изображены эквивалентные электрические схемы,

соответствующие этим двум конфигурациям.

В основе эффекта ГМС лежат два важных явления. Первое состоит в том, что в ферромагнетике электроны с одним направлением спина (или одной спиновой поляризации, как принято говорить) рассеиваются гораздо сильнее, чем электроны противоположной поляризации (выделенное направление задает намагниченность образца). Второе явление состоит в том, что электроны, выходя из одного ферромагнитного слоя, попадают в другой, сохраняя свою поляризацию. Таким образом, в случае параллельной конфигурации слоев те из носителей, которые рассеваются меньше, проходят все структуру без рассеяния; а носители противоположной поляризации испытывают сильное рассеяние в каждом из магнитных слоев (см. рис. 2а). В случае же антипараллельной конфигурации системы (см. рис. 2б), носители обоих поляризаций испытывают сильное рассеяние в одних слоях и слабое в других. Сопротивление системы можно условно изобразить в виде двух соединенных параллельно наборов сопротивлений, соответствующих двум спиновым поляризациям; при этом каждое из сопротивлений в этих наборах соответствует большому или малому рассеянию носителей данной поляризации в конкретном магнитном слое. Такие схемы для параллельной и антипараллельной конфигураций слоев изображены внизу рисунков 2 а, б.

Для функционирования устройств на основе эффекта ГМС важной является возможность создания антипараллельной конфигурации слоев (см. рис. 2б). Такие конфигурации удается получать при нулевом поле благодаря наличию так называемого межслойного обменного взаимодействия. Оказывается, энергия E_int_._l_. взаимодействия двух магнитных слоев с намагниченностями M₁ м M₂, разделенных немагнитной прослойкой толщиной d_s, имеет (в первом приближении) гейзенберговский вид:

. (1)

При этом коэффициент J₁ зависит от толщины немагнитной прослойки d_s осциллирующим образом, так, что при одних значениях d_s J₁ является положительной, а при других – отрицательной величиной. Соответственно, можно подобрать толщину немагнитных слоев так, чтобы энергетически выгодной была антипараллельная конфигурация слоев. Интересно, что именно исследованием межслойного взаимодействия в многослойных магнитных структурах занимались первоначально открыватели эффекта, прежде чем обнаружили новое необычное их свойство – гигантское магнитосопротивление.

Рис. 3. Схематичное изображение спинового вентиля. Нижний слой – слой антиферромагнетика.

В качестве элементов на основе эффекта ГМС как правило используется структура, получившая название спиновый вентиль ( spin valve ), см. рис. 3. В ней один магнитных из слоев (например, Co или Co₉₀Fe₁₀) напылен на слой антиферромагнетика (напр., Mn₇₆Ir₂₄ или Mn₅₀Pt₅₀ ). Благодаря обменному взаимодействию между электронами ферромагнетика и антиферромагнетика спины в этих двух слоях становятся жестко связанными между собой. Поскольку внешнее магнитное поле не очень большой величины не оказывает влияния на антиферромагнетик, то намагниченность магнитного слоя оказывается закрепленной (это явление получило название однонаправленной или обменной анизотропии [4] .

Такой слой, намагниченность которого в некотором интервале полей может считаться неизменной, называют закрепленным или фиксированным. Второй же магнитный слой (часто Co, или Co₉₀Fe₁₀ , или двухслойный Ni₈₀Fe₂₀/Co или Ni₈₀Fe₂₀/Co₉₀Fe₁₀ ,) может быть свободно перемагничен внешним полем, поэтому его называют свободным. Промежуточный слой немагнитного металла, как правило, представлен Cu . Такая структура получила название спинового переключателя или спинового вентиля ( spin-valve ). Сопротивление спинового вентиля R может быть с хорошей точностью описано с помощью формулы:

Гиганское магнитосопротивление и его применение в электронике ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Содержание

1. Эффект гигантского магнитосопротивления
2. Применение эффекта в электронике
Заключение
Список использованных источников

Поэтому ведущие фирмы при высокой плотности записи используют магниторезистивные датчики, основанные на изменении в магнитном поле электросопротивления чувствительного слоя из материала типа пермаллоя (сплав Ni0,80Fe0,20).

Недостатком этого типа магниторезистивных датчиков является как сравнительно низкая чувствительность к полю, так и нелинейное изменение сигнала в зависимости от угла θ, под которым приложено поле относительно направления намагниченности.

Новый скачок в решении технических проблем считывания информации при высоких плотностях записи прогнозируется при внедрении магниторезистивных датчиков гигантского магнитосопротивления. Подобное устройство, использующее эффект гигантского магнитосопротивления, для считывания информации с магнитной среды (например, жесткого магнитного диска или магнитной ленты) представлено схематически на рис. 6.

Здесь можно видеть магнитную дорожку 1, на которой записана информация. Каждый намагниченный участок дорожки содержит один бит информации.

Рис. 6. Устройство для считывания и записи информации, включающее магниторезистивный датчик 3, считывающий информацию с магнитной дорожки 1, и индуктивную катушку 5 для записи информации, 2 и 4 — магнитные экраны.

Запись производится записывающим индуктивным элементом 5, помещенным в экран 4. Через индуктивный элемент 5 протекает ток записи. Магнитные поля от намагниченных участков дорожки изменяют сопротивление чувствительного магниторезистивного датчика с гигантским магнитосопротивлением 3, который экранируется экраном 2. Ток с магниторезистивного датчика 3 подается на усилительное устройство. При перемещении магнитной дорожки относительно головки датчик 3 регистрирует магнитные поля от намагниченных участков магнитной дорожки и тем самым производит процесс считывания информации.

Магнитная оперативная память MRAM

В компьютерах, контроллерах, мобильных устройствах используется одновременно несколько типов полупроводниковой памяти. Одни из них, например SRAM (static random access memory), являются очень быстрыми, они используются в качестве кэш-памяти в процессорах; однако они имеют сложную конструкцию и поэтому очень дорогие.

Другие виды памяти, например, оперативная память DRAM (dynamicrandom access memory), являются более простыми и дешевыми, но и более медленными. Также, SRAM и DRAM не сохраняют свое состояние при отключении энергии. Память типа EEPROM (наиболее известная ее модификация — Flash-память), сохраняет свое состояние при отключении энергии, однако она является очень медленной и не может выполнять функции оперативной памяти даже в относительно несложных устройствах типа mp3-плееров или сотовых телефонов. Кроме того, Flash-память очень энергоемкая и обладает ограничением на количество циклов перезаписи (порядка 105−106), при превышении которого она может выйти из строя.

В этом контексте особое внимание стало уделяться созданию универсальной памяти, которая смогла бы совместить в себе достоинства всех перечисленных видов памяти. Согласно сказанному выше, она должна обладать:

а) достаточно простой конструкцией, б) высокой скоростью записи/считывания, в) сохранять свое состояние при отключении энергии, г) позволять производить большое количество циклов записи, д) потреблять малое количество энергии.

В настоящее время наиболее вероятным кандидатом на роль такой универсальной памяти считается так называемая магнитная оперативная память MRAM (magnetic random access memory). Схема работы MRAM изображена на рисунке 7.

Рис. 7. а) Схематичное изображение ячейки памяти MRAM. При записи в ячейку вокруг токовых шин создается магнитное поле, которое перемагничивает данный элемент.

б) адресация ячейки при записи. Магнитное поле создается вокруг всей токовой шины, однако перемагничивается только тот элемент, который расположен на пересечении двух токовых шин [8, "https://referat.bookap.info"].

В качестве свободного слоя используются, например, Fe или двойной слой CoFe/NiFe, в качестве фиксированного — CoFe на подложке из антиферромагнетика IrMn, в качестве туннельного контакта — оксид алюминия Al2O3 или, обладающий лучшими параметрами ТМС, оксид марганца MnO.

Такая память обладает простой конструкцией (один магниторезистивный элемент и один транзистор на каждую ячейку), она естественным образом сохраняет свое состояние при отключении энергии. Кроме того, она позволяет производить практически бесконечное количество циклов перезаписи (1016 и более), и, как показывают эксперименты, время цикла записи/считывания составляет для разных образцов десятки-единицы наносекунд (подобно памяти типа SRAM).

На пути воплощения идеи о MRAM как универсальной памяти возникает немало проблем, связанных, в основном, с механизмом записи информации: необходимость создания больших магнитных полей записи, относительно большая потребляемая мощность данного устройства (порядка 100 пВт на цикл записи), повышенные требования к надежности процесса переключения ячейки и др., но можно с уверенностью говорить, что рано или поздно они будут решены.

Другие применения Магниторезистивные изоляторы для бесконтактной передачи сигнала между двумя гальванически изолированными частями электрических схем впервые были продемонстрированы в 1997 году как альтернатива оптопарам благодаря лучшей интегрируемости. Мост Уитстона из четырёх одинаковых ГМС-устройств нечувствителен к однородному магнитному полю, реагируя лишь тогда, когда направления полей антипараллельны в соседних ножках моста. Подобные устройства, продемонстрированные в 2003 году, могут использоваться в качестве выпрямителей тока с линейной АЧХ. Обобщённая до четырёх независимых токов схема подобного моста (транспинор, англ. transpinnor) была сделана Сионгте Баи в 2002 году и может использоваться в качестве логического вентиля.

Менее чем за двадцать лет применение спинтронных явлений дало возможность существенно повысить емкость внешних накопителей, распространив технологию жестких дисков на такие мобильные устройства, как фотои видеокамеры и портативные мультимедийные плееры. Спинтроника проникла в область автомобильной промышленности и биомедицинские технологии, а объединившись с применением эффектов туннельного магнетосопротивления и явлений переноса спина, подготовит платформу для внедрения в технологии оперативной памяти компьютеров и микроволновых источников наших мобильных телефонов. Современные научные исследования явлений переноса спина, мульти-ферроиков. исследования в области полупроводниковой и молекулярной сиинтроники открывают новые горизонты для многих практических применений.

Список использованных источников

Ферт А. Происхождение, развитие и перспективы спинтроники // Успехи физических наук. — 2008. — Т. 178. — №

Никитин С. А. Гигантское магнитосопротивление // Соросовский обозревательный журнал. — 2004.

Баклицкая О. Нобелевские премии 2007 г. Гигантское магнетосопротивление — триумф фундаментальной науки // Наука и жизнь. — 2007. — № 11.

Усеинов А. Н. Эффекты гигантского магнитосопротивления в ферромагнитных наноконтактах // Автореферат дисс… кандидат физико-математических наук. — М., 2008.

Микроэлектромеханические системы, МЭМС — технологии и устройства, объединяющие в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты. МЭМС-устройства обычно изготавливают на кремниевой подложке с помощью технологии микрообработки, аналогично технологии изготовления однокристальных интегральных микросхем.

Гигантское магнитосопротивление (GMR) это квантово-механический магнитосопротивление эффект наблюдается в многослойность состоит из чередующихся ферромагнитный и немагнитные проводящие слои. 2007 год Нобелевская премия по физике был присужден Альберт Ферт и Петер Грюнберг за открытие GMR.

Эффект проявляется в значительном изменении электрическое сопротивление в зависимости от того, намагничивание смежных ферромагнитный слои расположены параллельно или антипараллельный выравнивание. Общее сопротивление относительно низкое для параллельного совмещения и относительно высокое для антипараллельного совмещения. Направлением намагничивания можно управлять, например, путем приложения внешнего магнитного поля. Эффект основан на зависимости рассеяния электронов от ориентации спина.

Основное применение GMR - датчики магнитного поля, которые используются для чтения данных в жесткие диски, биосенсоры, микроэлектромеханические системы (MEMS) и другие устройства. [1] Многослойные структуры GMR также используются в магниторезистивная память с произвольным доступом (MRAM) как ячейки, в которых хранится один бит информации.

В литературе термин гигантское магнитосопротивление иногда путают с колоссальное магнитосопротивление ферромагнитных и антиферромагнитных полупроводников, не имеющего отношения к многослойной структуре. [2] [3]

Основополагающие результаты Альберт Ферт и Петер Грюнберг (1988): изменение сопротивления сверхрешеток Fe / Cr при 4,2 К во внешнем магнитном поле H. Ток и магнитное поле были параллельны [110] ось. Стрелка справа показывает максимальное изменение сопротивления. ЧАС_s это поле насыщения. [примечание 1]

Содержание

Формулировка

Магнитосопротивление - это зависимость электрическое сопротивление образца от напряженности внешнего магнитного поля. Численно он характеризуется величиной

где R (H) - сопротивление образца в магнитном поле H, а R (0) соответствует H = 0. [4] Альтернативные формы этого выражения могут использовать удельное электрическое сопротивление вместо сопротивления, другой знак для δ_ЧАС, [5] и иногда нормируются на R (H), а не на R (0). [6]

История

GMR был открыт в 1988 году независимо [9] [10] группами Альберт Ферт из Университет Париж-Юг, Франция и Петер Грюнберг из Forschungszentrum Jülich, Германия. Практическое значение этого экспериментального открытия было признано Нобелевской премией по физике, присужденной Ферту и Грюнбергу в 2007 году. [11]

Первые шаги

Первая математическая модель, описывающая влияние намагниченности на подвижность носителей заряда в твердых телах, связанных со спином этих носителей, было сообщено в 1936 году. Экспериментальные доказательства потенциального увеличения δ_ЧАС известен с 1960-х годов. К концу 1980-х анизотропное магнитосопротивление было хорошо изучено. [12] [13] но соответствующее значение δ_ЧАС не превышала нескольких процентов. [7] Увеличение δ_ЧАС стало возможным с появлением таких методов пробоподготовки, как молекулярно-лучевая эпитаксия, что позволяет изготавливать многослойные тонкие пленки толщиной в несколько нанометров. [14]

Эксперимент и его интерпретация

Ферт и Грюнберг изучали электрическое сопротивление структур, состоящих из ферромагнитных и неферромагнитных материалов. В частности, Ферт работал над многослойными пленками, а Грюнберг в 1986 году открыл антиферромагнитное обменное взаимодействие в пленках Fe / Cr. [14]

Обнаружение GMR было выполнено двумя группами на немного разных образцах. Группа Ферта использовала сверхрешетки (001) Fe / (001) Cr, в которых слои Fe и Cr были нанесены в высоком вакууме на подложку (001) GaAs, поддерживаемую при 20 ° C, а измерения магнитосопротивления проводились при низкой температуре (обычно 4,2 К). [10] Работа Грюнберга была проведена на мультислоях Fe и Cr на (110) GaAs при комнатной температуре. [9]

В мультислоях Fe / Cr со слоями железа толщиной 3 нм увеличение толщины немагнитных слоев Cr с 0,9 до 3 нм ослабляло антиферромагнитную связь между слоями Fe и уменьшало поле размагничивания, которое также уменьшалось, когда образец был нагревается от 4,2 К до комнатной температуры. Изменение толщины немагнитных слоев привело к значительному снижению остаточной намагниченности в петле гистерезиса. Электрическое сопротивление изменилось до 50% с внешним магнитным полем при 4,2 К. Ферт назвал новый эффект гигантским магнитосопротивлением, чтобы подчеркнуть его отличие от анизотропного магнитосопротивления. [10] [15] Эксперимент Грюнберга [9] сделал то же открытие, но эффект был менее выраженным (3% по сравнению с 50%) из-за того, что образцы находились при комнатной температуре, а не при низкой температуре.

Теория

Основы

Спин-зависимое рассеяние

Электронный плотность состояний (DOS) в магнитных и немагнитных металлах. 1: структура из двух ферромагнитных и одного немагнитного слоев (стрелки указывают направление намагничивания). 2: расщепление DOS для электронов с разными направлениями спина для каждого слоя (стрелки указывают направление спина). F: Уровень Ферми. Магнитный момент антипараллелен направлению полного спина на уровне Ферми.

В магнитоупорядоченных материалах решающее влияние на электрическое сопротивление оказывает рассеяние электронов на магнитной подрешетке кристалла, которая образована кристаллографически эквивалентными атомами с ненулевым магнитным моментом. Рассеяние зависит от относительной ориентации электронных спинов и этих магнитных моментов: самое слабое, когда они параллельны, и самое сильное, когда они антипараллельны; он относительно силен в парамагнитном состоянии, в котором магнитные моменты атомов имеют случайную ориентацию. [7] [22]

Для хороших проводников, таких как золото или медь, Уровень Ферми лежит в пределах зр группа, и d полоса полностью заполнена. В ферромагнетиках зависимость рассеяния электронов на атомах от ориентации их магнитных моментов связана с заполнением полосы, отвечающей за магнитные свойства металла, например 3d лента для железа, никеля или кобальта. В d полоса ферромагнетиков расщепляется, так как содержит разное количество электронов со спинами, направленными вверх и вниз. Следовательно, плотность электронных состояний на уровне Ферми также различна для спинов, направленных в противоположные стороны. Уровень Ферми для электронов с мажоритарным спином находится в пределах зр полосы, и их транспорт аналогичен в ферромагнетиках и немагнитных металлах. Для электронов с неосновным спином зр и d полосы гибридизованы, а уровень Ферми находится в пределах d группа. Гибридные скорость полоса имеет высокую плотность состояний, что приводит к более сильному рассеянию и, следовательно, к более короткой длина свободного пробега λ для неосновного спина, чем для электронов со спином большинства. В никеле, легированном кобальтом, отношение λ_↑/ λ_↓ может достигать 20. [23]

В некоторых материалах взаимодействие между электронами и атомами является самым слабым, когда их магнитные моменты антипараллельны, а не параллельны. Комбинация обоих типов материалов может привести к так называемому обратному эффекту GMR. [7] [24]

Гига́нтское магнетосопротивле́ние, гигантское магнитосопротивление [1] , ГМС (англ. Giant magnetoresistance , GMR ) — квантовомеханический эффект, наблюдаемый в тонких металлических плёнках, состоящих из чередующихся ферромагнитных и проводящих немагнитных слоёв. Эффект состоит в существенном изменении электрического сопротивления такой структуры при изменении взаимного направления намагниченности соседних магнитных слоёв. Направлением намагниченности можно управлять, например, приложением внешнего магнитного поля. В основе эффекта лежит рассеяние электронов, зависящее от направления спина. За открытие гигантского магнетосопротивления в 1988 году физики Альбер Ферт (Университет Париж-юг XI) и Петер Грюнберг (Исследовательский центр Юлих) были удостоены Нобелевской премии по физике в 2007 году.

Основная сфера применения эффекта — датчики магнитного поля, используемые для считывания информации в жёстких дисках, биосенсорах, устройствах МЭМС и др. Обладающие гигантским магнетосопротивлением многослойные структуры применялись в магниторезистивной оперативной памяти в качестве ячеек, хранящих один бит информации.

В литературе термин гигантское магнетосопротивление иногда путается с колоссальным магнетосопротивлением (КМС) ферро- и антиферромагнитных полупроводников [2] [3] , не связанным с многослойной структурой.

Содержание

Математическая формулировка

Магнетосопротивлением называют зависимость электрического сопротивления образца от величины внешнего магнитного поля. Численно его характеризуют величиной

$\delta_H = \frac<R(0)-R(H)></p> <p>,$

где — сопротивление образца в отсутствие магнитного поля, а — его сопротивление в магнитном поле с напряжённостью [4] [5] . На практике также применяются альтернативные формы записи, отличающиеся знаком выражения и использующие удельное электрическое сопротивление [1] [2] . Иногда используют отношение изменения сопротивления к его значению в нулевом поле [6] .

История открытия

ГМC, результаты Альбера Ферта и Петера Грюнберга (1988 год): изменение сопротивления Fe/Cr сверхрешёток при температуре 4,2 К при приложении внешнего магнитного поля напряжённостью H. Внешнее поле и ток направлены вдоль оси [110]. Справа стрелкой указано наибольшее достигнутое изменение в процентах. H_s — поле насыщения [К 1] .

Эффект ГМС был экспериментально открыт в 1988 году двумя научными коллективами независимо друг от друга: лабораториями Альбера Ферта и Петера Грюнберга. Практическая значимость этого открытия была отмечена присуждением Ферту и Грюнбергу Нобелевской премии по физике в 2007 году [9] .

Предыстория

Первые математические модели, описывающие влияние намагниченности материалов на подвижность носителей тока в них благодаря наличию спина, появились ещё в 1936 году. Экспериментальные факты, свидетельствующие о потенциальной возможности усиления эффекта зависимости сопротивления от магнитного поля (то есть увеличения ), были известны с 1960-х. К концу 1980-х физиками было хорошо изучено анизотропное магнитное сопротивление [10] [11] , но величина для этого эффекта не превышала нескольких процентов [7] . Практическое исследование методов увеличения стало возможным с появлением методов наподобие молекулярно-лучевой эпитаксии, позволяющих изготовлять тонкие многослойные плёнки толщиной в единицы нанометров [12] .

Эксперимент и его объяснение

Ферт и Грюнберг изучали эффекты, связанные с электрическим сопротивлением структур, включающих в себя ферромагнитные и неферромагнитные материалы. В частности, Ферт занимался проводимостью многослойных плёнок, а Грюнберг в 1986 году открыл обменное взаимодействие антиферромагнитного характера в плёнках Fe/Cr [12] .

В работе, в которой было заявлено об открытии эффекта, исследовалось магнетосопротивление (001)Fe/(001)Cr сверхрешёток. В этом эксперименте на объёмноцентрированную кубическую решётку (001)GaAs в высоком вакууме наносились слои железа и хрома при температуре подложки около 20 °C [13] .

При толщине слоёв железа в 3 нм и варьировании толщины немагнитной прослойки из хрома между ними от 0,9 до 3 нм увеличение толщины прослоек хрома в сверхрешётке ослабляло антиферромагнитную связь между слоями железа и поле размагничивания. Последнее также уменьшалось при увеличении температуры от 4,2 К до комнатной. Изменение толщины немагнитных прослоек приводило к существенному уменьшению остаточной намагниченности в петле гистерезиса. Была показана сильная зависимость сопротивления образца (изменение до 50 %) от величины внешнего магнитного поля при температуре 4,2 К. В статье Ферта 1988 года новый эффект был назван гигантским магнетосопротивлением, чтобы подчеркнуть его значительную величину по сравнением с анизотропным магнетосопротивлением [13] [14] .

Авторы открытия также высказали предположение, что в основе эффекта лежит так называемое спин-зависимое рассеяние электронов в сверхрешётке (зависимость сопротивления слоёв от взаимной ориентации их намагниченности и направления спинов электронов) [13] . Теоретическое описание ГМС для различных направлений тока было сделано в течение последующих нескольких лет. Направление тока вдоль слоёв (так называемая CIP-геометрия, англ. current in plane — ток в плоскости) в классическом приближении было исследовано Р. Кэмли в 1989 году [15] , а в квантовом — П. Леви в 1990-м [16] . Теория ГМС для тока, направленного перпендикулярно слоям (CPP-геометрия, англ. current perpendicular to plane — ток перпендикулярно плоскости), известная как теория Валета — Ферта, была опубликована в 1993 году [17] . В то же время практический интерес представляет CPP-геометрия [18] , так как сенсоры на его основе, впервые предложенные Р. Ротмайером в 1994 году, демонстрируют бо́льшую чувствительность, чем сенсоры на основе CIP [19] .

Теория

Основные положения

Спин-зависимое рассеяние

Плотность электронных состояний в магнитных и немагнитных металлах. 1 Структура из трёх независимых слоёв: двух ферромагнитных и одного немагнитного (стрелки обозначают направление намагниченности). 2 Расщепление плотности электронных состояний для электронов с различным направлением спина соответственно каждому слою в структуре (стрелки указывают направление спина). F Уровень Ферми. Примечание: направление магнитного момента противоположно суммарному спину на уровне Ферми.

Электрическое сопротивление образца зависит от многих факторов, среди которых в магнитоупорядоченных материалах существенную роль играет рассеяние электронов на магнитной подрешётке кристалла, то есть совокупности кристаллографически эквивалентных атомов с ненулевым атомным магнитным моментом, образующих собственную кристаллическую решётку. Рассеяние зависит от ориентации спина электрона по отношению к магнитным моментам атомов. Обычно предполагается, что электроны проводимости минимально взаимодействуют с атомами, чей магнитный момент имеет параллельное их спину направление и максимально, если они антипараллельны. Взаимодействие также будет сильным в парамагнитном состоянии, в котором магнитные моменты атомов направлены хаотически, без выделенного направления намагниченности [1] [7] [20] .

Существуют материалы, для которых более слабым является взаимодействие между электронами и атомами, чьи спины и магнитные моменты антипараллельны. Комбинацией обоих типов материалов можно получить так называемый инверсный эффект ГМС [7] [23] . Поэтому в случаях, когда конкретный механизм взаимодействия не принципиален, для сохранения общности подхода говорят о проводимости для электронов с основным и неосновным направлениями спина, которым соответствуют бо́льшая и меньшая плотность электронных состояний. Определение соотношения между проводимостями или удельными сопротивлениями для этих двух групп электронов является достаточным для построения феноменологической теории [24] [25] .

Читайте также: