Магнитные туннельные переходы на основе манганитов
ЬЗМО/ЬБМьбО/МпЗ^Юг) в геометрии ток в плоскости. Показано, что особенности транспортных свойств определяются эффектом переключения токовых каналов между слоями структуры. Эффект переключения управляется током смещения через структуру и магнитным полем. Установлено, что механизм влияния магнитного поля — зависимость сопротивления туннельных переходов под токовыми контактами от взаимной ориентации… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ СПИН-ПОЛЯРИЗОВАННОГО ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА В МАГНИТНЫХ ТУННЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДАХ НА ОСНОВЕ МАНГАНИТОВ
- 1. 1. Магнитные туннельные переходы
- 1. 1. 1. «Классический» туннельный переход
- 1. 1. 2. Проводимость магнитного туннельного перехода- туннельное магнитосопротивление- модель Жульера
- 1. 2. Магнитные туннельные переходы на основе манганитов
- 1. 2. 1. Материалы манганитов: основные свойства
- 1. 2. 2. Манганиты как материалы с высокой спиновой поляризацией
- 1. 2. 3. Магнитные туннельные контакты на основе манганитов
- 1. 2. 4. Использование туннельных контактов на основе манганитов
- 1. 3. Кооперативные системы магнитных туннельных контактов
- 1. 3. 1. Ферромагнитные гранулированные материалы как кооперативные системы магнитных туннельных контактов
- 1. 3. 2. Гранулированные материалы на основе манганитов- микроструктура
- 1. 3. 3. Гранулированные материалы на основе манганитов- туннельное магнитосопротивление
- 1. 4. отклик магнитных туннельных переходов на воздействие электромагнитного излучения СВЧ диапазона- детектирующие свойства магнитных туннельных контактов
- 1. 4. 1. Детектирующие свойства «классического» (немагнитного) туннельного перехода
- 1. 4. 2. Детектирующие свойства магнитного туннельного перехода
- 1. 1. Магнитные туннельные переходы
- 2. 1. Описание технологии получения образцов
- 2. 1. 1. Структура ферромагнитный металл/диэлектрик/ферромагнитный металл
- 2. 1. 2. Система с кооперативным ансамблем магнитных туннельных контактов.54 2.2. Экспериментальные методы исследования систем с магнитными туннельными переходами
- 2. 2. 1. Основные экспериментальные методы для характеризации образцов
- 2. 2. 2. Установка для прецизионных исследований транспортных и магнитотранспортных свойств материалов и структур
- 2. 2. 3. Установка для исследования отклика систем на воздействие электромагнитного излучения СВЧ диапазона
- 3. 1. Эффект переключения токовых каналов в туннельной структуре в геометрии ток в плоскости- нелинейные транспортные свойства
- 3. 1. 1. Туннельная структура в геометрии ток в плоскости: сценарий поведения
- 3. 1. 2. Аппроксимация вольт-амперной характеристики туннельной структуры в геометрии ток в плоскости
- 3. 2. Переключение токовых каналов, управляемое магнитным полем- магниторезистивный эффект
- 3. 3. Влияние оптического облучения на транспортные свойства магнитной туннельной структуры на основе материала манганита в геометрии ток в плоскости
ГЛАВА 4. МАГНИТОЗАВИСИМЫЙ ЭФФЕКТ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ В КООПЕРАТИВНОЙ СИСТЕМЕ МАГНИТНЫХ ТУННЕЛЬНЫХ КОНТАКТОВ НА ОСНОВЕ МАТЕРИАЛА МАНГАНИТА. магнитозависимый эффект детектирования в поликристаллическом ьаолсао. зммоз: экспериментальные результаты.
4.1.1. Эффект детектирования СВЧ излучения в поликристаллическом ЬаолСао. зМпОз: зависимость от магнитного поля.
4.1.2. Магнитозависимый эффект детектирования СВЧ излучения в поликристаллическом ЬаолСао. зМпОз: зависимость от мощности СВЧ излучения.
4.1.3. Магнитозависимый эффект детектирования СВЧ излучения в поликристаллическом ЬаолСао. зМпОз: зависимость от тока смещения.
4.2. Магнитозависимый эффект детектирования в кооперативной системе магнитных туннельных контактов: модель.
4.2.1. Эффект детектирования в кооперативной системе магнитных контактов- возможные вклады в эффект детектирования.
4.2.2. Модель для магнитозависимого вклада в эффект детектирования СВЧ излучения.
4.2.3. Магнитозависимый вклад в эффект детектирования: зависимость от мощности СВЧ излучения.
4.2.4. Магнитозависимый вклад в эффект детектирования: зависимость от тока смещения.
Основные результаты.
Список литературы
- Fert A. The origin, development and future of spintronic // UFN.-2008.-V.178,1. N.12.-P. 1336.
- Грюнберг П. А. От спиновых волн к гигантскому магнетосопротивлению идалее//УФН.-2008.-Т. 178. Вып.12.-С. 1349−1358.
- Ralph D. С., Stiles М. D. Spin transfer torques // J. Magn. Magn. Mater. 2008.
- V.320, issue 7, P. 1190−1216.
- S. I. Kiselev, J. C. Sankey, I. N. Krivorotov, N. C. Emley, R. J. Schoelkopf, R.
- A. Buhrmanl & D. C. Ralph. Microwave oscillations of a nanomagnet driven by a spin-polarized current // Nature. 2003. V.425, P. 380−383.
- Suzuki Y, Kubota H J. Phys. Spin-Torque Diode Effect and Its Application Soc.
- Jpn.2008. V.77, issue 3, P. 1002−1009.
- Simmons J. G. Low-Voltage Current-Voltage Relationship of Tunnel Junctions
- J. Appl. Phys. 1963. V.34, P. 238.
- Simmons J. G. Generalized Formula for the Electric Tunnel Effect between
- Similar Electrodes Separated by a Thin Insulating Film // J. Appl. Phys. 1963. V.34, issue 6, P. 1793−1803.
- Simmons J. G. Electric Tunnel Effect between Dissimilar Electrodes Separatedby a Thin Insulating Film // J. Appl. Phys. 1963. V.34, issue 9 P.2581
- Bardeen J. Tunnelling from a Many-Particle Point of View // Phys. Rev. Letters.1963. V.6, issue 2, P. 57−59.
- Stratton R. J. Volt-current characteristics for tunneling through insulating films.// Phys. Chem. Solids. 1962. V.23, issue 9, P. 1177−1190.
- Harrison W. H. Tunneling from an Independent-Particle Point of View // Phys. Rev. 1961. V.123, issue 1, P. 85−89.
- Julliere M. Tunneling between ferromagnetic films // Phys. Lett A. 1975. V.54, issue, P.225−226.
- Chatterji Tapan. Colossal Magnetoresistive Manganites // Kluwer Academic Publishers. ISBN 1 402 018 444. 2004. 447 p.
- Y. Yuzhelevski, V. Markovich, V. Dikovsky, E. Rozenberg, G. Gorodetsky, and G. Jung. Current-induced metastable resistive states with memory in low-doped manganites // Phys. Rev. B. 2001. V.64, issue 22, P. 4428−4431.
- S. Mercone, A. Wah, Ch. Simon, and C. Martin. Nonlinear electrical response in a non-charge-ordered manganite: Рго.вСао.гМпОз // Phys. Rev. B. 2002. V.65, issue 21, P. 4428−4432.
- B. Raquet, A. Anane, S. Wirth, P. Xiong, and S. von Molnar. Noise Probe of the Dynamic Phase Separation in Ьа2/зСа1/3МпОз //Phys. Rev. Lett. 2000. V.84, issue 19, P.4485−4488.
- Soo Hyun Park, Yoon-Hee Jeong, and Ki-Bong Lee. Specific heat and resistivity of a double-exchange ferromagnet La0.7Ca0.3MnO3 // Phys. Rev. B. 1997. V.56, issue l, P.67−70.
- Нагаев Э.Л. Манганиты лантана и другие магнитные проводники с гигантским магнитосопротивлением // Успехи физических наук.-1996.-Т. 166, № 8.-С. 833—858.
- Salamon М, Jaime М. The physics of manganites: Structure and transport // Rev. Mod. Phys.2001. V.73 issue 3, P. 583−586.
- Dagotto E., Hotta T., Moreo A. Colossal Magnetoresistant Materials: Key Role of Phase Separation // Phys. Rep. 2001. V.344. P. 1−153.
- Dagotto E. Nanoscale Phase Separation and Colossal Magnetoresistance // Springer. 2003. Vol.136, ISBN 978−3-540−43 245−6. 2003. 456 p. 210 illus.
- Pickett W E and Singh D. Electronic structure and half-metallic transport in the La1. xCaxMn03 system // Phys. Rev. B. 1996. V.53, issue 3, P. 1146−1160.
- Moodera J S and Meservey R H Spin-polarized tunneling, in Magnetoelectronics (Ed. M Johnson) // Elsevier. 2004.
- Worledge D C and Geballe T H. Maki analysis of spin-polarized tunneling in an oxide ferromagnet // Phys. Rev. B. 2000. V.62, issue 1, P. 447−451.
- J.-H. Park, E. Vescovo, H.-J. Kim, C. Kwon, R. Ramesh & T. Venkatesan. Direct evidence for a half-metallic ferromagnet // Nature. 1998. V.392, P. 794 796.
- Yu Lu, X. W. Li, G. Q. Gong, and Gang Xiao. Large magnetotunneling effect at low magnetic fields in micrometer-scale epitaxial La0.67Sr0.33MnO3 tunnel junctions // Phys. Rev. B. 1996. V.54, issue 12, R8357-R8360.
- X. W. Li, Yu Lu, G. Q. Gong, Gang Xiao, A. Gupta, P. Lecoeur, J. Z. Sun, Y. Y. Wang, and V. P. Dravid. Epitaxial La0.67Sr0.33MnO3 magnetic tunnel junctions // J. Appl. Phys. 1997. V.81, issue 8, P. 5509−5512.
- M. Viret, M. Drouet, J. Nassar, J. P. Contour, C. Fermon and A. Fert. Low-field colossal magnetoresistance in manganite tunnel spin valves // Europhys. Lett. 1997. V.39, issue 5, P. 545−550.
- J M De Teresa, A Barthelemy, J P Contour, A Fert. Manganite-based magnetic tunnel junctions: new ideas on spin-polarised tunneling. JMMM. 2000. V.211, issue 1−3, P. 160−166.
- Moodera J S Taylor M E and Meservey R. Exchange-induced spin polarization of conduction electrons in paramagnetic metals // Phys. Rev. B.1989. V.40, issue 17, P. 980−982
- Moon-Ho Jo, N. D. Mathur, N. K. Todd, and M. G. Blamire Very large magnetoresistance and coherent switching in half-metallic manganite tunnel junctions. Phys. Rev. B. 2000. V.61, issue 22, P. 14 905−14 908.
- M. Bowen, M. Bibes, A. Barthelemy, J.-P. Contour, A. Anane, Y. Lemaitre, and A. Fert. Nearly total spin polarization in La2/3Sri/3Mn03 from tunneling experiments // Appl. Phys. Lett. 2003. V.82, issue 2, P. 233−235.
- Tsymbal E. Y., Mryasov O. N. and LeClair P. R. Spin-dependent tunnelling in magnetic tunnel junctions // J. Phys.: Condens. Matter. 2003. V.15, P. 109−142.
- G. Schmidt, D. Ferrand, and L. W. Molenkamp, A. T. Filip and B. J. van Wees. Fundamental obstacle for electrical spin injection from a ferromagnetic metal into a diffusive semiconductor // Phys. Rev. B. 2000. V.62, issue 8, P. 47 904 793.
- Rashba E. I. Theory of electrical spin injection: Tunnel contacts as a solution of the conductivity mismatch problem. // Phys. Rev. B. 2000. V.62, issue 24, P. 16 267- 16 270.
- Fert A., Jaffres H. Conditions for efficient spin injection from a ferromagnetic metal into a semiconductor // Phys. Rev. B. 2001. V.64, issue 18, P. 44 204 429.
- Saroj P. Dash, Sandeep Sharma, Ram S. Patel, Michel P. de Jong & Ron Jansen. Electrical creation of spin polarization in silicon at room temperature // Nature. 2009. V.462, P. 491−494.
- Naber W. J. M., Faez S. and van der Wiel W. G. Organic spintronics // J. Phys. D: Appl. Phys. 2007. V.40, P. 205.
- Benz S. P. and Burroughs C. J. Coherent emission from two-dimensional Josephson junction arrays // Appl. Phys. Lett. 1991. V.58, issue 19, P. 21 622 164.
- Sheng P, Abeles B and Arie Y Hopping Conductivity in Granular Metals // Phys. Rev. Lett. 1973. V.31, issue 1, P. 44−47.
- Helman J. S. and Abeles B Phys. Tunneling of Spin-Polarized Electrons and Magnetoresistance in Granular Ni Films // Phys. Rev. Lett. 1976. V.37, issue 21, P. 1429−1432.
- Dey P, Nath T K Effect of grain size modulation on the magneto- and electronic-transport properties of LaojCao^MnOsnanoparticles: The role of spin-polarized tunneling at the enhanced grain surface // Phys. Rev. 2006. V.73, issue 21, P. 4425−4428.
- A. Gupta, G. Q. Gong, Gang Xiao, P. R. Duncombe, P. Lecoeur, P. Trouilloud, Y. Y. Wang, V. P. Dravid, J. Z. Sun Grain-boundary effects on the magnetoresistance properties ofperovskite manganite films // Phys. Rev. B. 1996. V.54, issue 22, P. 629−632.
- H. Y. Hwang, S-W. Cheong, N. P. Ong, and B. Batlogg. Spin-Polarized Intergrain Tunneling in La2/3Sri/3Mn03// Phys. Rev. Lett. 1996. V.77, issue 10, P. 2041−2044.
- Шайхутдинов К.А., Семенов C.B., Бадаев Д. А., Петров М. И., Волков Н. В., Гистерезис магнитосопротивления в гранулярном Lao.7Cao.3Mno.3O3 // ФТТ.-2009.-Т.51, Вып. 4.- С. 734−736.
- D. Niebieskikwiat, R. D. Sanchez, D. G. Lamas, A. Caneiro, L. E. Hueso, J. Rivas. Tunneling barrier in nanoparticle junctions of La2/3(Ca, Sr) i/3Mn03: Nonlinear current-voltage characteristics // J. Appl. Phys. 2003. V.93, issue 10, P. 6305−6311.
- S. Lee, H. Y. Hwang, Boris I. Shraiman, W. D. Ratcliff, II, S-W. Cheong. Intergrain Magnetoresistance via Second-Order Tunneling in Perovskite Manganites // Phys. Rev. Lett. 1999. V.82, issue 22, P. 4508.
- Salafranca J., Calderon M. J., Brey L. Magnetoresistance of an all-manganite spin valve: A thin antiferromagnetic insulator sandwiched between two ferromagnetic metallic electrodes // Phys. Rev. B. 2008. V.77, issue 1, P. 44 414 446.
- S. Gupta, R. Ranjit, C. Mitra, P. Raychaudhuri, and R. Pinto. Enhanced room-temperature magnetoresistance in La0.7Sr0.3MnO3-glass composites // Appl. Phys. Lett. 2001. V.78, issue 3, P. 362−365.
- Li. Balcells, A. E. Carrillo, B. Martinez, and J. Fontcuberta. Enhanced field sensitivity close to percolation in magnetoresistive La2/3Sri/3Mn03/Ce02 composites // Appl. Phys. Lett. 1999. V.74, issue 26, P. 4014−4017.
- D. K. Petrov, L. Krusin-Elbaum, J. Z. Sun, C. Feild, and P. R. Duncombe. Enhanced magnetoresistance in sintered granular manganite/insulator systems // Appl. Phys. Lett. 1999. V.75, issue 7, P 995−998.
- Y. Li, E. O. McKenna, W. Parkes, A. R. Pitt, and A. J. Walton. The application of fixed hydrophobic patterns for confinement of aqueous solutions in proteomic microarrays // J. Appl. Phys. 2006. V.99, issue 7, P. 3703−3706.
- Z C Xia, S L Yuan, G H Zhang, L J Zhang, J Tang, W Feng, J Liu, G Peng, L Liu, Z Y Li, Q H Zheng, L Cheng, C Q Tang, S Liu and C S Xiong. J. Effect of low Fe304 doping in Lao^Cao^MnOs // Phys. D: Appl. Phys. 2003. V.36, P. 217−222.
- T. Y. Chen, S. X. Huang, C. L. Chien, and M. D. Stiles. Enhanced Magnetoresistance Induced by Spin Transfer Torque in Granular Films with a Magnetic Field // Pys. Rev. Lett. 2006. V.96, issue 20, P.7203−7207.
- Faris S. M., Gustafson T. K. Harmonic mixing characteristics of metal-barrier-metal junctions as predicted by electron tunneling // Appl. Phys. Lett. 1974. V.25, issue 10, P 544−548.
- Faris S. M., Fan B. and Gustafson T. K. Electronic tunneling currents at optical frequencies //Appl. Phys. Lett. 1975.V.27, issue 11, P. 629−632.
- Hartman Т. E. Tunneling of a Wave Packet //J. Appl. Phys. 1962. V.33, issue 12, P. 3427−3434.
- A. A. Tulapurkar, Y. Suzuki, A. Fukushima, H. Kubota, H. Maehara, K. Tsunekawa, D. D. Djayaprawira, N. Watanabe & S. Yuasa. Spin-torque diode effect in magnetic tunnel junctions // Nature.2005. V.438, P. 339−342.
- X. Fan, R. Cao, T. Moriyamal, W. Wang, H. W. Zhang, and John Q. Xiao. Magnetic tunnel junction based microwave detector // Appl. Phys. Lett. 2009. V.95, issue 12, P.2501−2504.
- D. Gilles, W.R. Schroter and W. Bergholz. Impact of the electronic structure on the solubility and diffusion of 3d transition elements in silicon // Phys. Rev. B. 1990. V.41, issue 9, P. 5770−5782.
- G. Ctistis, U. Deffke, K. Schwinge, J. J. Paggel, P. Fumagalli. Growth of thin Mn films on Si (l 1 l)-7×7 and Si (l 1 l)-V@x^:Bi // Phys. Rev. B. 2005. V.71, issue 3, P. 5431−5439.
- Y. Ishikawa, G. Shirane and J.A. Tarvin, M. Kohgi. Magnetic excitations in the weak itinerant ferromagnet MnSi // Phys. Rev. B. 1977, V.16, issue 11, P. 4956−4970.
- Ферт А. Происхождение, развитие и перспективы спинтроники // УФН.-2008.-Т. 178, № 12.-С. 1336−1348.
- J Dai, L Spinu, K-Y Wang, L Malkinski and J Tang. Channel switching and magnetoresistance of a metal-Si02-Si structure // J Phys. D: Appl. Phys. 2000. V.33, issue 11, L65.
- S. Witanachchi, H. Abou Mourad, H. Srikanth, and P. Mukherjee. Anomalous conductivity and positive magnetoresistance in FeSi-Si02-Si structures in the vicinity of a resistive transition //Appl. Phys. Lett. 2007. V.90, issue 5, P. 2102−2105.
- Волков H. B, Еремин E.B., Цикалов B.C., Патрин Г. С, Ким П. Д, Seong-Cho Yu, Dong-Hyun Kim, Nguyen Chau. Эффекты переключения токовых каналов и новый механизм магнитосопротивления в туннельной структуре // ПЖТФ.-2009.-Т.35, Вып. 21.- С.33−41.
- J.G. Simmons. Generalized Formula for the Electric Tunnel Effect between Similar Electrodes Separated by a Thin Insulating Film // J. Appl. Phys. 1963. V.34, issue 6, P. 1793−1804.
- J. Klein, C. Hofener, S. Uhlenbruck, L. Alff, B. Buchner and R. Gross. On the nature of grain boundaries in the colossal magnetoresistance manganites // Europhys. Lett. 1999. V.47, issue 3, P. 371.
- Furukawa N J. Anomalous Shift of Chemical Potential in the Double-Exchange Systems //Phys. Soc. Jpn.1997. V.66 P. 2523−2524.
- Mahbube Hortamani, Hua Wu, Peter Kratzer, Matthias Scheffleno. Epitaxy of Mn on Si (OOl): Adsorption, surface diffusion, and magnetic properties studied by density-functional theory // Phys. Rev. B. 2006. V.74, issue 20, P. 53 055 315.
- Волков H. В., Еремин E. В., Патрин Г. С., Ким П. Д. Туннельный магниторезистивный элемент (RU). Патент РФ № 2 392 697.-БИ № 17, опубликовано 20.06.2010)
- Dagotto Е, Hotta Т and Moreo A. Colossal magnetoresistant materials: the key role of phase separation // Phys. Rep.2001. V.344, P. 1−153.
- N.V. Volkov, E.V. Eremin, K.A. Shaykhutdinov, V.S. Tsikalov, M.I. Petrov, D.A. Balaev, S.V. Semenov. The magnetic-field-driven effect of microwave detection in a manganite granular system // J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. V.41, issue 1, P. 5004−5012.
- S.P. Kwok, G.I. Haddad, and G. Lobov. Metal-Oxide-Metal (M-O-M) Detector. J. Appl. Phys. 1971. V.42, issue 2, P. 554−564.
- R.W. van der Heijden, A.G.M. Jansen, J.H.M. Stoelinga, Y.M. Swartjes, and P. Wyder. A new mechanism for high-frequency rectification at low temperaturesin point contacts between identical metals // Appl. Phys. Lett. 1980. V.37, issue 2, P. 245−249.
- Волков H.B., Еремин E.B., Цикалов B.C., Шайхутдинов K.A. Магнитоуправляемый детектор СВЧ излучения. Патент РФ № 2 347 296 БИ № 05, опубликовано 20.02.2009.