Nagroda Nobla 2007 efekt GMR

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Nagroda Nobla 2007 efekt GMR"

Marta Wróbel
6 lat temu
Przeglądów:

1 Nagroda Nobla 2007 efekt GMR Wykład wygłoszony na AGH przez prof. Józefa Barnasia z Uniwersytetu im. A. Mickiewicza z Poznania w styczniu Prof. J. Barnaś jest współautorem wielu wspólnych publikacji z laureatami.

Magnetoresistance" Peter Grunberg Research Center Julich Albert Fert,

2 J Barnaś, Wydział Fizyki UAM w Poznaniu Gigantyczny magnetoopór: Nagroda Nobla 2007 dla Alberta Ferta i Petera Grunberga "for the discovery of Giant Magnetoresistance" Peter Grunberg Research Center Julich Albert Fert, Universite Paris Sud, CNRS/Thales

4 L &start=1

5 L &start=1

6 Physics of Magnetism, Poznań 2005

7 Struktury warstwowe Fe/Cr (P. Grunberg & A. Fert) Fe Cr Fe Cr Fe From A Fert H>H s H=0

9 Fe/Cr/Fe Fe/Au/Fe J Barnaś & P Grunberg, JMMM 1990

10 Oscylacje oddziaływania wymiennego z grubością warstwy niemagnetycznej (Fe/Cr) AF AF F F S. S. P. Parkin, et al, Phys. Rev. Lett. 64, 2304 (1990)

11 W strukturach metali przejściowych występują najczęściej dwa periody: krótki (około dwóch płaszczyzn atomowych) i długi (rzędu 5-10 płaszczyzn)

12 Current flowing in the film plane (CIP)

13 Current flowing in the film plane (CIP)

15 Physical mechanism of GMR P Dwa dobrze zdefiniowane kanały spinowe Silna zależność od spinu parametrów transportowych ρ ± = 2ρ *(1 m β E F ) ρ 1 σ = nσ e 2 τ m σ σ AP DOS E 1 τ σ ~ V 2 σ Nσ ( E F ) Prąd ładunkowy związany jest z prądem spinowym J = s ( J J ) / + e

16 Właściwości CIP GMR 1. GMR spada eksponencjalnie z rosnącą grubością niemagnetycznej warstwy, z średnią drogą swobodną jako charakterystyczną długością zaniku 2 Zależność od grubości warstw magnetycznych jest bardziej złożona - z maksimum przy pewnej grubości. 3. GMR rośnie z liczbą warstw w układzie (do łącznej grubości porównywalnej z długością dyfuzji spinu) 4. Defekty strukturalne typu bulk i na granicach dają wkład do GMR 5. Oddziaływanie wymienne nie jest konieczne do wystąpienia efektu. 6. Amplituda (maksimum) efektu nie zależy od oddziaływania wymiennego

17 Co/Au/Co Fe/Cr/Fe

18 Free moment Pinned moment Co/Au/Co/CoO Spin Valve

19 Free moment Pinned moment Spin Valve

21 Zastosowanie: głowice czytające GMR sensors

22 Geometria CPP (Current-perpendicular-to-plane) current Nb Nb current A Superconducting electrodes L Piraux et al., APL 65, 1994 current C Electrochemical deposition in nanopores in membranes CPP GMR usually larger than CIP Characteristic length scale for the nonmagnetic spacer is the spin diffusion length B Pillar structures (nano-columns)

23 Ferromagnetic metal Normal metal μ σ ( x) μ ( x) ev ( x) = σ Direction of electron flow Spin splitting of the electrochemical potential obeys the diffusion equation Spin accumulation: a nonequilibrium (current-induced) magnetic moment Akumulacja spinowa: efekt wąskiego gardła spinowego

24 Wykorzystano formalizm Landauer a do policzenia oporu kontaktowego wynikającego z niedopasownia struktury elektronowej

25 Odwrotny efekt GMR β<0, γ>0 γ>0, β>0 (FeV/Cu/Co/Cu) N ρ ± = 2ρ *(1 m β ) R = ± 2R *(1 m γ )

26 GMR ( ϕ) = ( R( ϕ) R p ) / R p Angular dependence of resistance

27 Quasi-classical GMR ( ϕ) = ( R( ϕ) R p ) / R p Quantum effects

28 GMR i CIMS w strukturach nanokolumnowych β Co >0 (majority spins dominate) Co/Cu/Co Normal GMR β FeCr < 0 (minority spins dominate) Fe(Cr)/Cr/Fe(Cr) FeCr/Cr/FeCr 1.56 dv/di (Ohm) H (koe) dv/di (Ohm) AP P I (ma) Normal CIMS Inverse CIMS P AP

29 In-plane and out-of-plane torque components exerted on the thin (sensing) layer τ h s = ( j L j 2 s R ) In-plane component τ = aisˆ (ˆ s ˆ) S Out-of-plane component τ = bisˆ Sˆ

30 Spin torque a magnetyczne przełączanie The transverse component of spin current is absorbed in the interfacial region and transferred to the spin momentum of the layer P alignment S 0 damping torque Without damping With damping S current-induced torque

31 Dynamika magnetycznego przełączania Co/Cu/Co M.Gmitra, JB, J. Alloys Comp. 06

32 Diagram fazowy asymetrycznych układów Initial P state Initial AP state M.Gmitra & Barnaś, PRL 2006;APL 2006;PRL 2007

33 Co/Cu/Py

34 Początek elektroniki spinowej Tunelowy magnetoopór Efekty magnetyczno-kulombowskie (FM SET) Półprzewodnikowa spintronika Molekularna spintronika

35 Tunelowy magnetoopór Jullière, Phys Lett A 1975 M H H Moodera et al. 95, Nowak & Raułuszkiewicz SSP Parkin

37 E c =e 2 /C Current Coulomb steps n=1 n=2 n=0 Transport voltage

38 Dziękuję za uwagę

Podobne dokumenty

Laureaci Nagrody Nobla z fizyki w 2007 r.

Witold Szmaja, Leszek Wojtczak Nagroda Nobla z fizyki w 2007 r. zjawisko gigantycznego magnetooporu i jego praktyczne wykorzystanie Łódź 2008 Laureaci Nagrody Nobla z fizyki w 2007 r. Peter Grünberg (Centrum