Наблюдение в 1988 году независимо Петером Грюнбергом и Альбертом Фертом гигантского магнетосопротивления в многослойных структурах Fe/Cr, состоящих из двух или более ферромагнитных слоев, разделённых между собой немагнитным металлом, ознаменовало начало развития нового направления микросистемной техники - спинтроники [1].
Спинтроника - направление в науке, изучающее спин-поляризованные токи в твердотельных проводниках.
Гигантское магнетосопротивление - это зависимость сопротивления магнитной гетероструктуры от ориентации намагниченности в соседних ферромагнитных слоях [2] (см. рис.1).
Когда намагниченности соседних слоев направлены в одну сторону, сопротивление структуры минимально, когда намагниченности направлены в противоположные стороны, сопротивление становится максимальным. Это происходит потому, что, когда поток электронов поступает в первый ферромагнитный слой, спины электронов ориентируются вдоль магнитного поля плёнки, таким образом, электрический ток становится спин- поляризованным [3]. Когда поток поляризованных электронов поступает во второй ферромагнитный слой, происходит взаимодействие между спинами электронов, распространяющихся в слое, и намагниченностью плёнки [4], что приводит к уменьшению или увеличению проводимости всей гетероструктуры.
Эта концепция "спинового переноса" была предложена независимо Слончевским [5] и Бергером [6] в 1996 году. Вскоре последовали экспериментальные работы, в которых аномалии в вольт-амперных характеристиках магнитных гетероструктур интерпретировались как свидетельство переноса спинового момента (спинового тока) [7]. Эти работы подтвердили, что когда поток поляризованных электронов достаточно велик, взаимодействие между спинами частиц и намагниченностью плёнки может привести к перевороту последнего [8].
Было проведено большое количество исследований, изучающих разнообразие поведений магнитных гетероструктур. Взаимодействие между поляризованными электронами и намагниченностью плёнки не только интересно научно, но также потенциально важно в некоторых коммерческих применениях. В существующих реализациях магнитной памяти произвольного доступа (MRAM) ячейки памяти переключаются магнитными полями, вызванными импульсами тока [9]. Этот метод переключения сильно ограничивает изготовление единицы носителя памяти, потому что магнитные поля не локализованы. Возможность, что ячейки памяти могли сразу быть адресованы и переключены поляризованным потоком частиц - перспективнейшее применении спин-поляризованных токов.
Целью настоящей работы является расчёт спиновых токов, протекающих через структуру нормальный металл - ферромагнитный металл.
Объектом исследования в данной работе служил переход потока частиц из нормального металла в ферромагнитный.
Выпускная квалификационная работа состоит из двух глав. Первая глава носит обзорный характер, в ней рассматривается процесс перехода электронов из нормального металла в ферромагнитный, даются и выводятся основные формулы для расчёта спиновых токов. Во второй главе приводятся расчёты коэффициентов прохождения и отражения электронов на границе раздела сред, а так же поперечных спиновых токов в ферромагнитном слое. Все вычисления выполнены в среде разработки “Wolfram Mathematica”.
Данная выпускная квалификационная работа была посвящена расчёту спиновых токов, протекающих через структуру нормальный металл - ферромагнетик. В качестве объекта исследования была выбрана модель магнитной двухслойной гетероструктуры, состоящей из нормального металла и ферромагнетика.
В результате проделанной работы были получены графики зависимостей коэффициентов прохождения и отражения от компоненты волнового вектора электрона, лежащей в плоскости границы раздела между слоями. Это было необходимо для дальнейшего расчёта переноса спинового момента. А также были получены графики зависимости поперечных компонент спинового тока от расстояния в ферромагнитном слое.
Полученные данные говорят о наличии поглощения компонент спинового тока, направленных перпендикулярно к намагниченности ферромагнитного слоя и тем самым о наличии поляризованного спинового тока в магнитных материалах. Как видно по рисунку 9, амплитуда поперечных компонент составляющих спинового тока в ферромагнитном слое уменьшается с расстоянием. Отсюда можно сделать вывод, что процесс полной поляризации происходит не сразу, а за несколько периодов решетки металла в зависимости величины потенциального барьера на границе раздела сред.
Данные результаты были получены на основании формул для модели свободных электронов, квантово-механической теории и квазиклассических уравнений Больцмана.
