Nagroda Nobla 2007 efekt GMR Wykład wygłoszony na AGH przez prof. Józefa Barnasia z Uniwersytetu im. A. Mickiewicza z Poznania w styczniu 2008. Prof. ...
Nagroda Nobla 2007 efekt GMR Wykład wygłoszony na AGH przez prof. Józefa Barnasia z Uniwersytetu im. A. Mickiewicza z Poznania w styczniu 2008. Prof. J. Barnaś jest współautorem wielu wspólnych publikacji z laureatami.
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
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)
W strukturach metali przejściowych występują najczęściej dwa periody: krótki (około dwóch płaszczyzn atomowych) i długi (rzędu 5-10 płaszczyzn)
Current flowing in the film plane (CIP)
Current flowing in the film plane (CIP)
Physical mechanism of GMR • Dwa dobrze zdefiniowane kanały spinowe • Silna zależność od spinu parametrów transportowych
P
ρ ± = 2 ρ * (1 m β )
2 n e −1 σ τσ ρσ = mσ
AP
DOS
EF
E
−1
2
τσ ~ Vσ Nσ (EF )
Prąd ładunkowy związany jest z prądem spinowym
Js = (J+ − J− ) / e
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
Geometria CPP (Current-perpendicular-to-plane) current
Nb
current
Nb 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)
Ferromagnetic metal
Normal metal
Direction of electron flow
μσ ( x) = μσ ( x) − eV ( x)
Spin splitting of the electrochemical potential obeys the diffusion equation
Spin accumulation: a nonequilibrium (current-induced) magnetic moment
Wykorzystano formalizm Landauer’a do policzenia oporu kontaktowego wynikającego z niedopasownia struktury elektronowej
Odwrotny efekt GMR β0
γ>0, β>0
(FeV/Cu/Co/Cu)N
ρ ± = 2 ρ * (1 m β ) R± = 2 R * (1 m γ )
GMR(ϕ ) = ( R(ϕ ) − R p ) / R p
Angular dependence of resistance
Quasi-classical
GMR(ϕ ) = ( R(ϕ ) − R p ) / R p
Quantum effects
GMR i CIMS w strukturach nanokolumnowych βCo> 0 (majority spins dominate)
dV/dI (Ohm)
Co/Cu/Co 1.56 1.54 1.52 1.50 -1.0
dV/dI (Ohm)
βFeCr< 0 (minority spins dominate) Fe(Cr)/Cr/Fe(Cr) Normal GMR FeCr/Cr/FeCr
-0.5 0.0 0.5 H (kOe)
1.0
1.56
AP
1.54 1.52 1.50 -6
-4
-2
P
0 2 I (m A)
Normal CIMS 4
6
Inverse CIMS
P
AP
In-plane and out-of-plane torque components exerted on the thin (sensing) layer h s s τ = ( j⊥ L − j⊥ R ) 2 In-plane component
τ || = aIsˆ × (sˆ × Sˆ ) Out-of-plane component
τ ⊥ = bIsˆ × Sˆ
‘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
