Efekty galwanomagnetyczne T.Stobiecki, Katedra Elektroniki AGH 5 wykład 8.11.2004

Anizotropowa Magnetorezystancja AMR origin spin – orbit coupling (1960) Gigantyczna Magnetorezystancja GMR 1986 – oscillatory interlayer exchange coupling in Fe/Cr/Fe multilayers P. Grünberg et al. Phys Rev.Lett. 57 (1986), 2442 1988 – GMR in Fe/Cr/Fe multilayers M. N. Baibich,..., A.Fert,.. et.al. Phys Rev.Lett. 61 (1988), 2472

Prawo Ohma E = r j zjawiska galwanomagnetyczne: tensor rezystywności zależy od pola magnetycznego część symetryczna (np. magnetoopór) część antysymetryczna (np. Efekt Halla)

Prawo Ohma dla efektów galwanomagnetycznych m = M / |M| mx = sinq cosf my = sinq sinf mz = cosf, magnetorezystancja (przyrost rezystancji): Dr = r - r

Efekty galwanomagnetyczne w płaszczyźnie cienkiej warstwy magnetycznej podłużny efekt magnetorezystancyjny Ex = r  jx + (r  - r  )jx cos2f . poprzeczny efekt magnetorezystancyjny

Kątowa zależność podłużnego efektu magnetorezystancyjnego (AMR) U = R i U = R i

Polowa zależność podłużnego efektu magnetorezystancyjnego (AMR) przemagnesowanie wzdłuż osi trudnej (model jednodomenowy): jeżeli i || H to q =f więc

Układy wielowarstwowe ferromagnetyk nie-ferromagnetyk ferromagnetyk małe pole duże pole

Układy wielowarstwowe Antyrównoległą orientacje magnetyzacji uzyskujemy dzięki Interlayer Exchange Coupling (IEC) IEC – oddziaływanie za pośrednictwem elektronów przewodnictwa nieferromagnetycznej przekładki

IEC

IEC vs.Magnetoresistivity

Układy wielowarstwowe Własności IEC: Amplituda oscylacji maleje z grubością przekładki Okres oscylacji ( [nm]!!! ) zależy od pasmowej i krystalicznej struktury materiału przekładki Energia IEC zależy również od materiałów użytych jako warstwy F oraz przekładka Pole nasycenia zależy od stałej sprzężenia

Przemagnesowanie warstw sprzężonych magnetycznie z modelu jednodomenowego wynika, że jeśli J<0 to:

 

Spinowa polaryzacja ferromagnetyka Energia d s Spin EF Energia d s Energia d s Magnetyzacja Gęstość stanów Zustandsdichten für die s- und d-Bänder sind dargestellt Verschiebung der beiden Teilbänder für Spin up / down gegeneinander durch die Austauschwechselwirkung Verschiebung der s-Bänder wird normalerweise vernachlässigt, weil sie sehr klein ist und nur die Zustandsdichte an der Fermi-Kante interessiert Man ist sich noch nicht ganz einig darüber, ob die s- oder d-Elektronen für den Stromtransport verantwortlich sind: für die s-Elektronen spricht die kleinere effektive Masse (Bandkrümmung) für die d-Elektronen die höhere Zustandsdichte an der Fermi-Kante Antiparallele Magnetisierung: Leitungselektronen der linken Schicht finden keine freien Zustände in der rechten  Streuung an der Grenzfläche Parallele Magnetisierung: Leitungselektronen können ungehindert in die rechte Schicht übertreten

Spinowo zależne przewodnictwo elektryczne Analogia do równoległego połączenia dwóch rezystancji M M R małe I I Ursache für den GMR-Effekt wird durch eine spinabhängige Streuung der Elektronen an den Grenzflächen/Volumen der Schichten beschrieben Teilung in zwei „Leitungskanäle“ (Spin up / Spin down) Analogie: Parallel-Schaltung zweier Widerstände In Parallel-Schaltung ist der Gesamtwiderstand immer kleiner als der kleinste Einzelwiderstand Strom mit beiden Sorten an Elektronen kommt an bei antiparalleler Ausrichtung wird jede Elektronen-Sorten in der Schicht mit entgegengesetzter Magnetisierung annähernd gleich stark gestreut Folge: Parallel-Schaltung zweier gleicher Widerstände bei paralleler Ausrichtung der Magnetisierungen wird eine Sorte von Elektronen (Spin up) in beiden Schichten weniger stark gestreut als die andere (Spin down) Folge: „Kurzschluß“ durch einen Leitungskanal, d.h. niedrigerer Gesamtwiderstand Zwischenschichtdicke muß kleiner sein als die mittlere freie Weglänge der Elektronen, um Streuung der Elektronen in der Zwischenschicht zu vermeiden Folge wäre die Zerstörung der „Spin-Information“ R duże

Polowa zależność gigantycznej magnetorezystancji GMR jest tylko w układach wielowarstwowych, zależy od różnicy kątów namagnesowań

Oprócz wielkości GMR znaczenie ma również kształt charakterystyki R(H) oraz wartość pola nasycenia! M(H) – liniowa R(H) - paraboliczna

GMR jest izotropowy względem kierunku prądu

Podsumowanie Anizotropowa magnetorezystancja AMR zależy od kąta pomiędzy wektorem namagnesowania a kierunkiem prądu. Gigantyczna magnetorezystancja GMR zależy od różnicy kątów wektorów namagnesowań warstw magnetycznych odseparowanych przekładką. Każdy efekt galwanomagnetyczny zależy od sposobu przemagnesowania warstwy.