Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Maciej Czapkiewicz Katedra Elektroniki WEAIE Modele procesów przemagnesowania układów wielowarstwowych sprzężonych magnetycznie.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Maciej Czapkiewicz Katedra Elektroniki WEAIE Modele procesów przemagnesowania układów wielowarstwowych sprzężonych magnetycznie."— Zapis prezentacji:

1 Maciej Czapkiewicz Katedra Elektroniki WEAIE Modele procesów przemagnesowania układów wielowarstwowych sprzężonych magnetycznie

2 Uproszczony model jednodomenowy Łatwe i szybkie sprawdzanie wpływu parametrów fizycznych na kształt pętli przemagnesowania kosztem dobrej korelacji do wyników eksperymentalnych. sposoby obliczeń na przykładzie pojedynczej i podwójnej warstwy Bilayer ze sprzężeniem bikwadratowym struktura typu Pseudo-Spin Valve struktura typu Spin Valve Magnetic Tunneling Junction

3 Definicje Magnetyzacja: cienka warstwa bilayer AMR (warstwa) GMR (bilayer) Obliczamy: jak zależy od H ?

4 Model jednodomenowy Powierzchnowa gęstość energii zależna od, H oraz stałych parametrów. Obliczanie lokalnego mimimum funkcji gestości energii dla zadanego pola magnetycznego H. Symulacja procesu przemagnesowywania poprzez śledzenie ewolucji minimum funkcji gęstości energii w trakcie kolejnych kroków pola H.

5 Model jednodomenowy dla pojedyńczej cienkiej warstwy Całkowita energia E = E H + E U + E D Zeeman energy Anisotropy energy Demagnetizing energy gdy pole w płaszczyźnie warstwy (N x =N y 0, N z 1):

6 Przykład obliczeń dla cienkiej warstwy Pole w płaszczyźnie warstwy, prostopadle do e.a. Minimum: przy warunkach : Rozwiązanie analityczne: czyli M H dla osi trudnej Symulacja numeryczna: odtworzenie pętli histerezy dla pola wzdłuż osi łatwej

7 Model energii dla różnych struktur

8 Przykład obliczeń struktury bilayer Model dla energii: Symulacja numeryczna: ewolucja funkcji 2D ewolucja funkcji 2D

9 Przykładowe symulacje - wyniki

10 Wyniki symulacji dla struktury typu Pseudo Spin Valve Przykład: Py 2.8nm /Co 2.1nm /Cu 2nm /Co 3nm dopasowane parametry: K u1 /K u2 = 31

11 Model dla anizotropii jednozwrotowej Model funkcji gęstości energii M.Tsunoda: warstwa AF porządkuje się wytwarzając anizotropię przytrzymującą warstwę ferromagnetyka J EB sprzężenie między AF a pinned FF M 1 - namanesowanie FF K AF - anizotropia AF

12 Próbka z wyindukowaną termicznie anizotropią jednozwrotową Courtesy of Prof. C.G. Kim Chungnam University RECAMM, Taejon, Korea MnIr – 100Å CoFe – 25 Å Przykład: Si/Ta (50A) /Cu (100A) /Ta (50A) /NiFe (20A) /Cu (50A) /MnIr (100A) /CoFe (25A ) wygrzewana: 200 o C/1h, field cooling 1kOe dopasowane parametry: J EB = J/m 2, K AF = J/m 3.

13 Magnetic Tunneling Junction Substrate Si (100) Ta – 50 Å Cu – 100 Å Ta – 50 Å NiFe – 20 Å Cu – 50 Å MnIr – 100Å CoFe – 25 Å Al 2 O 3 – 15 Å CoFe – 25 Å NiFe – 100 Å Ta – 50Å Model funkcji gęstości energii:

14 Pętla histerezy układu FF/S/FF/AF w zależności od K AF

15 Symulacje zależności pola podmagnesowania i pola koercji od K AF

16 Symulacja MTJ, T=300 o C Parametry dopasowania: energia anizotropii warstwy swobodnej NiFe/CoFe K 1 = 210 J/m 3, 0 M s1 = 0.85 T, stała energii wymiany FF1-FF2 J= J/m 2 (FF). energia koercji warstwy zamocowanej Co-Fe K 2 = J/m 3, 0 M s2 = 1.5 T, stała energii wymiany FF2-AF J EB = J/m 2. energia anizotropii warstwy AF IrMn K AF = J/m 3 energia anizotropii warstwy buforowej NiFe (20A) K 3 = 70 J/m 3, 0 M s3 = 0.6 T,

17 Symulacja MTJ, as.dep. Parametry dopasowania: energia anizotropii warstwy swobodnej NiFe/CoFe K 1 = 280 J/m 3, 0 M s1 = 0.85 T, stała energii wymiany FF1-FF2 J= J/m 2 (FF). energia anizotropii warstwy zamocowanej Co-Fe K 2 = 520 J/m 3, 0 M s2 = 1.5 T, stała energii wymiany FF2-AF J EB = J/m 2. energia anizotropii warstwy AF IrMn K AF = J/m 3 energia anizotropii warstwy buforowej NiFe (20A) K 3 = 70 J/m 3, 0 M s3 = 0.6 T,

18 Domeny w ferromagnetyku rozbicie na domeny korzystne energetycznie: pojedyńcze domeny w nanokropkach

19 Wnioski 1.Model jednodomenowy może służyć do oszacowania energii sprzężeń i energii anizotropii decydujących o przebiegu procesu przemagnesowania (kształcie pętli histerezy) układu wielowarstwowego. 1.Aby uzyskać bardziej zbliżone do rzeczywistego symulowanie procesu przemagnesowania, należy użyć modelowanie mikromagnetycznego (z powodów numerycznych ograniczone jest to rozmiarów mikrometrowych).

20 Literatura 1.W.F.Brown Jr: Micromagnetics, 1963 New York: Wiley Interscience 2.A.Hubert, R.Shäfer: Magnetic Domains, Springer-Verlag J.Fidler, T.Schrefl: Micromagnetic modellingthe current state of the art., J. Phys. D: Appl. Phys. 33 (2000) R135–R156 4.M.Donahue, D.Porter: The Object Oriented MicroMagnetic Framework (OOMMF) project at ITL/NIST, 5.E.D.Dahlberg, Jian-Gang Zhu: Micromagnetic Microscopy and Modeling, 6.P.H.W.Ridley et al..: Investigation of magnetization behavior in nanoelements using the finite element method, J. Appl. Phys, 9 (2000), 87 7.J.Fidler et al.: Dynamic Micromagnetic Simulation of the Configurational Anisotropy of Nanoelements, IEEE Trans. Magn, 4 (2001), 37 8.M.Tsunoda, M. Takahashi, Single spin ensemble model for the change of unidirectional anisotropy constant by annealing on polycrystalline ferromagnetic/antiferromagnetic bilayers, J. Appl. Phys, 87 (2000) 4957

21 Konec

22


Pobierz ppt "Maciej Czapkiewicz Katedra Elektroniki WEAIE Modele procesów przemagnesowania układów wielowarstwowych sprzężonych magnetycznie."

Podobne prezentacje


Reklamy Google