WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 4 Высокочастотное спин-зависящее туннелирование в нанокомпозитах © А.Б. Грановский, А.А. Козлов, Т.В. Багмут, С.В. Недух, С.И. Тарапов, Ж.П. Клерк Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119992 Москва, Россия Институт радиофизики и электроники Национальной академии наук Украины, 61085 Харьков, Украина Ecole Polytechnique Universitaire de Marseille, ME, Technopole de Chateau-Gombert, 13453 Marseille, France E-mail: granov@magn.ru (Поступила в Редакцию 20 июля 2004 г.) В частотном диапазоне 30–50 GHz исследован коэффициент прохождения электромагнитных волн через пленки магнитных нанокомпозитов ферромагнитный металл–диэлектрик Co51.5Al19.5O29, Co50.2Ti9.1O40.7, Co52.3Si12.2O35.5, (Co0.4Fe0.6)48(MgF)52, обладающих туннельным магнитосопротивлением и магниторефрактивным эффектом. Для первых двух составов коэффициет прохождения сильно изменяется при приложении поля, причем имеется линейная корреляция с полевой зависимостью магнитосопротивления. Для двух других составов коэффициент передачи не зависит от магнитного поля. Полученные данные интерпретируются в рамках представлений о высокочастотном спин-зависящем туннелировании.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 03-0216127), программы „Университеты России“ и частичной поддержке НТЦУ (грант № 1916).

Высокочастотные свойства металлических мультисло- (30–50 GHz) через пленки магнитных нанокомпозитов ев, обладающих гигантским магнитосопротивлением, ферромагнитный металл–диэлектрик, обладающих ТМС.

исследованы в достаточно широком диапазоне частот В качестве объектов исследования выбраны пленки (см. работы [1–6] и ссылки в них). Намагничивание нанокомпозитов различного состава с содержанием мемультислоев приводит не только к значительному умень- талла в непосредственной окрестности порога перколяшению сопротивления, но и к изменению диэлектри- ции. Методики изготовления и структурной аттестации ческой проницаемости. Как следствие этого, импеданс образцов даны в работах [8,9]. Состав, толщина плеи оптические свойства мультислоев зависят от магнит- нок d, сопротивление в остаточном состоянии (H = 0), (H=0)-(H) ного поля. Для оптических частот этот эффект был параметр ТМС = и параметр МРЭ на (H=0) назван магниторефрактивным [6], а для радио- или СВЧR(H=0)-R(H) R отражение = =, измеренные в поле R R(H=0) диапазона — высокочастотным магнитосопротивлением, H = ±1.5 kOe, а также относительные изменения значеили магнитоимпедансом [1–5]. Следует ожидать, что D(H=0)-D(H) D аналогичные эффекты должны иметь место и в системах ния коэффициента передачи = в том же D D(H=0) со значительным магнитосопротивлением любого типа, поле H = ±1.5 kOe на частоте 44 GHz приведены в тавключая системы с туннельным магнитосопротивлениблице. Поскольку коэффициент отражения R на оптичеем (ТМС). К системам с ТМС относятся нанокомпозиты ских частотах и МРЭ сильно зависят от частоты света, ферромагнитный металл–диэлектрик с содержанием мев таблице для каждого состава указаны максимальные талла вблизи порога перколяции, магнитные трехслойзначения МРЭ при соответствующей частоте, взятые ные и многослойные системы с туннельными барьерами.

из работ [8–10]. Здесь также представлены значения Исследование высокочастотных свойств этих систем ТМС в поле ±10 kOe; для упрощения пренебрегается позволит выявить механизмы спин-зависящего туннели- небольшим расхождением значений соответствующих рования, определить частотную дисперсию проводимо- параметров в нулевом внешнем поле и в состоянии сти, проверить недавно высказанные предположения о с нулевой намагниченностью (имеющем место в поле, магнитоемкости [7], обосновать возможный частотный равном коэрцитивной силе). Все измерения были выполдиапазон работоспособности элементов спинтроники на нены при комнатной температуре в поле, ориентированоснове систем с ТМС (например, спиновых фильтров, ном в плоскости пленок.

магнитной памяти, магнитных сенсоров), а также найти Коэффициент передачи D электромагнитных волн нановые возможные области их применения [6]. Недавно нокомпозитов в диапазоне 30–50 GHz и его относитель D выполненные исследования магниторефрактивного эф- ное изменение при намагничивании, которое можно D фекта (МРЭ) в нанокомпозитах в ближней ИК-области назвать параметром магнитоимпеданса на прохождение, спектра на отражение [6,8,9] подтвердили существо- измерялись по методике открытого резонатора, подробвание спин-зависящего туннелирования вплоть до оп- но описанной в работе [5]. Подчеркнем, что в отличие от тических частот. Настоящая работа посвящена экспе- коэффициента оптического отражения или прохождения риментальному исследованию особенностей прохожде- коэффициент передачи описывает отношение амплитуд ния электромагнитных волн миллиметрового диапазона волн, а не их интенсивностей. Нами также исследовался 714 А.Б. Грановский, А.А. Козлов, Т.В. Багмут, С.В. Недух, С.И. Тарапов, Ж.П. Клерк Параметры иссследованных пленок /, % % № Состав образца, d,, = R/R, D/D, % п/п vol.% µm µ · cm (, cm-1) H = ±10 kOe H = ±1.5kOe 1 Co51.5Al19.5O29 1.91 9.2 5.08 2.28 2.9 · 105 -0.(1100) 2 Co50.2Ti9.1O40.7 2.02 5.8 2.42 1.6 6.1 · 106 -0.(1030) 3 Co52.3Si12.2O35.5 1.67 4.1 2.99 Не найден 4.5 · 108 +0.CC (1300) C4 (Co0.4Fe0.6)48(MgF)52 1 13 1.32 » » 109 -1.(1000) ферромагнитный резонанс (ФМР) в указанных образцах в области частот 30–50 GHz и полей до 1.5 kOe в полях до 20 kOe, при этом для диапазона частот для данных образцов не наблюдается, можно также 30–50 GHz ФМР наблюдается в полях не менее 8 kOe, утверждать, что обнаруженный эффект не связан с D т. е. значительно более сильных, чем при измерениях. зависимостью магнитной проницаемости от магнитного D D поля. Во-вторых, для этих двух составов магнитоИз результатов измерения следует ряд выводов.

D D импеданс слабо зависит от частоты (в отличие Во-первых, для нанокомпозитов Co51.5Al19.5O29 и D от МРЭ). Это согласуется с данными измерений Co50.2Ti9.1O40.7 имеют место значительные изменения магнитоимпеданса металлических мультислоев [4] и коэффициента передачи при намагничивании, причем D величина параметра магнитоимпеданса имеет поря- может служить подтверждением интерференционной D док величины ТМС. Сравнение полевых зависимостей природы сильной зависимости МРЭ от частоты света [8].

D и ТМС (см. рисунок) однозначно свидетельствует о В-третьих, параметр магнитоимпеданса для этих D том, что найденный эффект является, как и следовало образцов оказывается большим, чем МРЭ. И наконец, ожидать, частотным аналогом ТМС. Поскольку ФМР в-четвертых, для образцов составов Co52.3Si12.2O35.Магнитоимпеданс при 44 GHz (a) и магнитосопротивление (b) для нанокомпозитов Co50.2Ti9.1O40.7 и Co51.5Al19.5O29. 2Hm —расстояние между максимумами магнитоимпеданса и магнитосопротивления.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Высокочастотное спин-зависящее туннелирование в нанокомпозитах и (Co0.4Fe0.6)48(MgF)52, обладающих значительным магнитоимпеданс обратно пропорционален сопротивлеМРЭ и ТМС, магнитоимпеданс не обнаружен, что на нию образцов. Поскольку сопротивление двух последпервый взгляд противоречит развитой концепции магни- них образцов (см. таблицу), находящихся с диэлектритоимпеданса как частотного аналога ТМС. ческой стороны перколяционного перехода, примерно Покажем, что эти особенности магнитоимпеданса на- на четыре порядка больше, чем у первых двух, для них параметр D/D пренебрежимо мал, несмотря на ходят объяснение в рамках простой модели. При расчете то что они обладают большими значениямми МРЭ и импеданса учтем, что нанокомпозиты вблизи порога перколяции (x xc) являются высокорезистивными си- ТМС. Выражение (4) также показывает, что параметр D/D имеет тот же знак, что и ТМС, а его величистемами с сопротивлением, на 7–10 порядков большим сопротивления обычных металлов, и что их сопротивле- на не превышает ТМС. Все эти выводы находятся в соответствии с результатами, приведенными в таблице ние сильно (на несколько порядков) увеличивается при переходе от металлической проводимости (x xc) к ре- и на рисунке. Вопрос о частотной зависимости проводимости и параметра магнитоимпеданса магнитных жиму туннелирования и прыжкового переноса (x xc).

нанокомпозитов в более широком диапазоне частот, а Как и в работе [4], пренебрежем отличием волнового также задача количественного описания эксперимента сопротивления диэлектрической подложки от волнового 1/µбудут рассмотрены отдельно.

сопротивления свободного пространства Z =. ТоТаким образом, можно заключить, что обнаруженный гда коэффициент передачи трехслойной системы воздух– эффект гигантского магнитоимпеданса в нанокомпозитах пленка–воздух имеет вид при 30–50 GHz является следствием высокочастотного спин-зависящего туннелирования и наблюдается только 2Z2Z D =, (1) 2 для составов, находящихся с металлической стороны 2Z2Z ch k2d +(Z2 + Z2) sh k2d перколяционного перехода.

1/µ где Z2 = — импеданс нанокомпозита, k2 = Авторы благодарят S. Ohnuma за предоставление образцов и проведение их структурных исследований.

= i(2µ2)1/2 — волновое число. На СВЧ-частотах вдали от области ФМР можно считать, что магнитная проницаемость нанокомпозита µ2 = µ0, а в выражении Список литературы для комплексной диэлектрической проницаемости [1] J.J. Krebs, P. Lubitz, A. Chaiken, G.A. Prinz. J. Appl. Phys.

() 69, 8, Pt II, 4795 (1991).

2 = 2 - i (2) [2] А.Б. Дровосеков, Н.М. Крейнес, Д.И. Холин, В.Ф. Меще ряков, М.А. Миляев, Л.Н. Ромашев, В.В. Устинов. Письма второй член для рассматриваемых высокорезистивных в ЖЭТФ 67, 9, 690 (1998).

систем имеет величину порядка или меньше первого [3] А.Б. Ринкевич, Л.Н. Ромашев, В.В. Устинов. ЖЭТФ 117, 5, (см. таблицу). Тогда, рассматривая предельный случай, 960 (2000).

() [4] В.В. Устинов, А.Б. Ринкевич, Л.Н. Ромашев, А.М. Бурхакогда является малым параметром, получаем из (1) нов, Е.А. Кузнецов. ФММ 96, 3, 52 (2003).

ФТТ 37, 2, 561 (1995).

() [5] D.P. Belozorov, V.N. Derkach, S.N. Nedukh, A.G. Ravlik, D = exp -i d - d c c S.T. Roschenko, I.G. Shipkova, S.I. Tarapov, F. Yidiz, B. Aktas.

J. Magn. Magn. Mater. 263, 3, 315 (2003).

() [6] A. Granovsky, M. Inoue. J. Magn. Magn. Mater. 272–276, exp -i d 1 - d, (3) c c Suppl. 1, E 1601 (2004).

[7] S.T. Chui, Liangbin Hu. Appl. Phys. Lett. 80, 2, 273 (2002).

D D(H) - D(H = 0) 1 d [8] А. Грановский, И. Быков, Е. Ганьшина, В. Гущин, М. Инуе, = =, Ю. Калинин, А. Козлов, А. Юрасов. ЖЭТФ 123, 6, D D(H = 0) 2 c (2003).

где мы пренебрегли возможной частотной зависимостью [9] А. Грановский, В. Гущин, И. Быков, А. Козлов, Н. Кобапроводимости, считая, что (, H) =1/(H). Необхояши, С. Онума, Т. Масумото, М. Инуе. ФТТ 45, 5, димо отметить, что сделанные приближения достаточно (2003).

грубы для количественного описания, так как параметр [10] И.В. Быков, Е.А. Ганьшина, А.Б. Грановский, В.С. Гущин, А.А. Козлов, Т. Масумото, С. Онума. ФТТ 47, 2, ()/2 для первых двух составов (см. таблицу) (2005).

не является малым. Нельзя исключать и частотную зависимость проводимости (см. обсуждение возможной частотной зависимости проводимости магнитных композитов в работе [6]). Тем не менее выражение (4) позволяет объяснить наблюдаемые закономерности. Как следует из (4), имеет место линейная корреляция между D параметрами магнитоимпеданса и ТМС; кроме того, D Физика твердого тела, 2005, том 47, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.