office@icp.ac.ru
+7 496 522-51-64
|
В современном развитии магнитных материалов и спинтронических устройств важное значение приобретает возможность корректировать ключевые магнитные характеристики с помощью температурной пост-обработки. Особенно это актуально для многослойных функциональных материалов и тонкоплёночных структур, в которых взаимодействие между слоями определяет работу устройств магнитной записи и считывания, широко используемых в микроэлектронике. Функциональным элементом в таких структурах является гетеропереход ферромагнетик – антиферромагнетик, на котором локальные намагниченности обоих слоёв оказываются нескомпенсированными и связанными в результате обменного взаимодействия. В результате такого обмена центр петли гистерезиса ферромагнитного слоя смещается в положительные или отрицательные поля, сам гистерезис становится асимметричным, и, вместо двух возможных состояний остаточной намагниченности, в отсутствие магнитного поля реализуется только одно, в котором остаточный магнитный момент ферромагнитного слоя сонаправлен с нескомпенсированным локальным магнитным моментом на гетерогранице. Данный эффект, называемый обменным смещением, реализуется в многочисленных системах ферро-антиферромагнетик и широко применяется в технологии магнитной памяти и сенсоров магнитного поля.  Исследование, проведенное учеными Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка) совместно с Центром фотоники и двумерных материалов (Долгопрудный), показало, что как обменное смещение, так и остаточную намагниченность в таких структурах можно регулировать с помощью термомагнитного воздействия, т. е. нагрева в определенном магнитном поле. Процесс включает три этапа: нагрев от комнатной температуры (22 °C) до заданной температуры TEXP, выдержка при TEXP с приложенным полем HEXP, и охлаждение обратно до 22 °C. В зависимости от режима воздействия меняется характер полученного магнитного поведения. В режимах, при которых поле прикладывается во время нагрева и охлаждения, поле обменного смещения изменяется постепенно, от отрицательных к положительным значениям — это позволяет управлять направлением магнитной оси. В случае же, когда поле выключено на стадиях нагрева и охлаждения, и включено только на стадии выдержки при TEXP, возникает составная петля гистерезиса с промежуточным стабильным многодоменным состоянием. В отсутствие последующего нагрева это состояние также служит состоянием остаточной намагниченности и не зависит от магнитной предыстории. В то же время, это состояние оказывается чувствительным к температуре экспозиции, и, следовательно, его стабильная доменная конфигурация может быть запрограммирована с помощью нескольких последовательных экспозиций. Например, в структурах с единственным ферро-антиферромагнитным интерфейсом, таких как NiFe/IrMn или NiFe/Cu/IrMn появляется возможность создавать локальные области с различными направлениями поля обменного смещения. В отсутствие магнитного поля эти области задают направления локальной остаточной намагниченности в ферромагнитном слое плёнки, возвращая любую магнитную конфигурацию к одному и тому же запрограммированному многодоменному остаточному состоянию. При этом для создания программирования остаточных многодоменных состояний в таких структурах возможно применение производственно-доступных методик температурной экспозиции, не требующих локального нагрева и намагничивания с высокими градиентами магнитных полей. Таким образом, в гетероструктурах с обменным смещением реализована методика программирования многодоменных состояний, устойчивых к последующим воздействиям магнитного поля. После выключения магнитного поля распределение намагниченности в таких структурах всегда возвращается в одно и то же остаточное многодоменное состояние, запрограммированной на стадии термомагнитной экспозиции. Это делает работу спинтронических устройств микроэлектроники надёжной и независимой от последующих экспозиций в магнитном поле. В технологиях магнитных сенсоров этот эффект позволяет реализовать линейное и безгистерезисное переключение магнитного момента в заданном диапазоне полей, обеспечивая взаимно-однозначное соответствие между детектируемым магнитным полем и выходным напряжением сенсора. Исследованные механизмы формирования стабильных многодоменных состояний в многослойных тонких плёнках с обменным смещением позволяют точно настраивать магнитные свойства таких структур, что важно для разработки высокоточных сенсоров и запоминающих устройств. Понимание процессов динамики магнитных доменов открывает новые возможности для технологического контроля и оптимизации работы магнитных систем на наноуровне. A. D. Talantsev, R. B. Morgunov, A. I. Chernov // Thermomagnetically controlled setting of double-biased hysteresis in NiFe/IrMn films with a single ferro-antiferromagnet interface // Journal of Applied Physics, том 137, издание 12, Q-2. IF=2.7 |
В современном развитии магнитных материалов и спинтронических устройств важное значение приобретает возможность корректировать ключевые магнитные характеристики с помощью температурной пост-обработки. Особенно это актуально для многослойных функциональных материалов и тонкоплёночных структур, в которых взаимодействие между слоями определяет работу устройств магнитной записи и считывания, широко используемых в микроэлектронике.
Функциональным элементом в таких структурах является гетеропереход ферромагнетик – антиферромагнетик, на котором локальные намагниченности обоих слоёв оказываются нескомпенсированными и связанными в результате обменного взаимодействия.
В результате такого обмена центр петли гистерезиса ферромагнитного слоя смещается в положительные или отрицательные поля, сам гистерезис становится асимметричным, и, вместо двух возможных состояний остаточной намагниченности, в отсутствие магнитного поля реализуется только одно, в котором остаточный магнитный момент ферромагнитного слоя сонаправлен с нескомпенсированным локальным магнитным моментом на гетерогранице.
Данный эффект, называемый обменным смещением, реализуется в многочисленных системах ферро-антиферромагнетик и широко применяется в технологии магнитной памяти и сенсоров магнитного поля.
Исследование, проведенное учеными Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка) совместно с Центром фотоники и двумерных материалов (Долгопрудный), показало, что как обменное смещение, так и остаточную намагниченность в таких структурах можно регулировать с помощью термомагнитного воздействия, т. е. нагрева в определенном магнитном поле. Процесс включает три этапа: нагрев от комнатной температуры (22 °C) до заданной температуры TEXP, выдержка при TEXP с приложенным полем HEXP, и охлаждение обратно до 22 °C. В зависимости от режима воздействия меняется характер полученного магнитного поведения.
В режимах, при которых поле прикладывается во время нагрева и охлаждения, поле обменного смещения изменяется постепенно, от отрицательных к положительным значениям — это позволяет управлять направлением магнитной оси. В случае же, когда поле выключено на стадиях нагрева и охлаждения, и включено только на стадии выдержки при TEXP, возникает составная петля гистерезиса с промежуточным стабильным многодоменным состоянием. В отсутствие последующего нагрева это состояние также служит состоянием остаточной намагниченности и не зависит от магнитной предыстории.
В то же время, это состояние оказывается чувствительным к температуре экспозиции, и, следовательно, его стабильная доменная конфигурация может быть запрограммирована с помощью нескольких последовательных экспозиций. Например, в структурах с единственным ферро-антиферромагнитным интерфейсом, таких как NiFe/IrMn или NiFe/Cu/IrMn появляется возможность создавать локальные области с различными направлениями поля обменного смещения. В отсутствие магнитного поля эти области задают направления локальной остаточной намагниченности в ферромагнитном слое плёнки, возвращая любую магнитную конфигурацию к одному и тому же запрограммированному многодоменному остаточному состоянию.
При этом для создания программирования остаточных многодоменных состояний в таких структурах возможно применение производственно-доступных методик температурной экспозиции, не требующих локального нагрева и намагничивания с высокими градиентами магнитных полей.
Таким образом, в гетероструктурах с обменным смещением реализована методика программирования многодоменных состояний, устойчивых к последующим воздействиям магнитного поля. После выключения магнитного поля распределение намагниченности в таких структурах всегда возвращается в одно и то же остаточное многодоменное состояние, запрограммированной на стадии термомагнитной экспозиции. Это делает работу спинтронических устройств микроэлектроники надёжной и независимой от последующих экспозиций в магнитном поле.
В технологиях магнитных сенсоров этот эффект позволяет реализовать линейное и безгистерезисное переключение магнитного момента в заданном диапазоне полей, обеспечивая взаимно-однозначное соответствие между детектируемым магнитным полем и выходным напряжением сенсора.
Исследованные механизмы формирования стабильных многодоменных состояний в многослойных тонких плёнках с обменным смещением позволяют точно настраивать магнитные свойства таких структур, что важно для разработки высокоточных сенсоров и запоминающих устройств. Понимание процессов динамики магнитных доменов открывает новые возможности для технологического контроля и оптимизации работы магнитных систем на наноуровне.
A. D. Talantsev, R. B. Morgunov, A. I. Chernov // Thermomagnetically controlled setting of double-biased hysteresis in NiFe/IrMn films with a single ferro-antiferromagnet interface // Journal of Applied Physics, том 137, издание 12, Q-2. IF=2.7