Vật liệu từ Nano - Hiệu ứng bề mặt đối với màng mỏng từ, TS.Nguyễn Khánh Dũng

Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng Vật Liệu Từ NaNo GVHD: TS.Nguyễn Khánh Dũng Hiệu ứng bề mặt màng mỏng từ Nhóm Lớp 07MM Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng CÁC THÀNH VIÊN CỦA NHÓM Họ tên : Nhóm Nguyễn Phan Hạnh Dung Đào Thị Minh Hiếu Lê Thị Ngọc Hiền Trần Minh Hải Nguyễn Thị Ngọc Ánh MSSV: 0719017 0719026 0719114 0719121 0719122 Lớp 07MM Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng Nội dung trình bày I Định nghĩa màng mỏng từ II Hiệu ứng kích thước vật liệu từ dạng màng mỏng III Ứng dụng hiệu ứng từ trở khổng lồ màng mỏng từ Nhóm Lớp 07MM Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng I Màng mỏng Sơ lược màng mỏng  Màng mỏng (Thin film) hay nhiều lớp vật liệu chế tạo cho chiều dày nhỏ nhiều so với chiều lại  Cấu trúc màng mỏng tùy thuộc vào kỹ thuật chế tạo Nhóm Nguyễn Phan Hạnh Dung - 0719017 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng Hình ảnh minh họa số màng mỏng Nhóm Nguyễn Phan Hạnh Dung - 0719017 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng 1.1 Màng đơn lớp màng đa lớp Màng mỏng MÀNG ĐƠN LỚP: MÀNG ĐA LỚP: gồm lớp vật liệu chế tạo lớp đế gồm nhiều lớp vật liệu khác nhau, xếp chồng lên nhau, nhằm thay đổi tính chất màng mỏng Nhóm Nguyễn Phan Hạnh Dung - 0719017 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng Màng đa lớp Ảnh chụp cắt ngang màng mỏng đa lớpSi/SiO2/Cu/IrMn/CoFeB/MgO/CoFeB/Ta/Cu/Au Nhóm Nguyễn Phan Hạnh Dung - 0719017 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng  Xét công thức: {TM(t )/ TNM(t )} m Với : nm TM: n Fe, Co, Ni TNM: Ag, Cu, Cr, Mo…  Ví dụ: {Fe/Cr/Fe}, {Fe/Cu/Fe}… Nhóm Nguyễn Phan Hạnh Dung - 0719017 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng 1.2 Màng mỏng sắt từ Màng mỏng sắt từ màng đa lớp bao gồm xen kẽ Nhóm Các lớp kim loại sắt từ Kim loại khơng từ tính Nguyễn Phan Hạnh Dung - 0719017 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng II Hiệu ứng kích thước vật liệu từ dạng màng mỏng Nhóm Nguyễn Phan Hạnh Dung - 0719017 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng  Do cấu trúc xếp chặt bit liệu đĩa cứng cần lưu ý để từ trường không ảnh hưởng lẫn  Để đảm bảo điều khu vực lưu trữ phải nhỏ từ yếu  Tăng mật độ đĩa nghĩa từ trường tạo phải yếu suy đầu đọc phải nhanh nhạy cảm việc nhận dạng bit lí đầu đọc màng mỏng từ với hiệu ứng MR GMR ngày phổ biến Nhóm Đào Thị Minh Hiếu-0719026 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng * Sự ghi từ Gồm loại :  Ghi vuông góc  Ghi song song Ghi vng góc nhiều liệu Nhóm Đào Thị Minh Hiếu-0719026 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng 2.3 Linh kiện Spin valve  Một cấu trúc vật liệu điển hình khác tạo cấu hình spin phản song song cho hiệu ứng từ-điện trở khổng lồ cấu trúc van spin a) Cấu tạo  Van spin linh kiện từ tính cấu tạo từ màng mỏng đa lớp gồm lớp sắt từ(FM) ngăn cách lớp phi từ(NM) mà điện trở hệ thay đổi phụ thuộc vào định hướng từ độ lớp sắt từ Nhóm Nguyễn Thị Ngọc Ánh - 0719122 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng Mô hình hiệu ứng từ điện trở khổng lồ spin valve Nhóm Nguyễn Thị Ngọc Ánh - 0719122 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng b) Hiệu ứng từ điện trở van spin ban đầu i) Khái niệm van spin đời dựa phát kiến hiệu ứng từ điện trở khổng lồ:  Điện trở hệ màng mỏng từ đa lớp gồm lớp sắt từ ngăn cách lớp phi từ thay đổi tác dụng từ trường  Dựa vào chế “tán xạ phụ thuộc spin” điện tử Nhóm Nguyễn Thị Ngọc Ánh - 0719122 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng ii) Ý tưởng cấu trúc van spin ban đầu:  Điện trở hệ màng mỏng đa lớp phụ thuộc vào định hướng tương đối từ độ lớp sắt từ  Từ độ lớp có định hướng song song hay phản song song cho phép dịng spin truyền qua hay khơng truyền qua từ độ lớp sắt từ van đóng mở spin ý tưởng cấu trúc van spin Nhóm Nguyễn Thị Ngọc Ánh - 0719122 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng c) Van spin với liên kết phản sắt từ  Với mơ hình van spin sơ khai màng mỏng đa lớp gồm lớp sắt từ xen kẽ lớp phi từ việc điều khiển tín hiệu trở nên khó khăn quay lớp sắt từ theo từ trường tự cấu trúc van spin có sử dụng lớp phản sắt từ Nhóm Nguyễn Thị Ngọc Ánh - 0719122 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng Cấu trúc cắt ngang màng đa lớp spin valve với liên kết phản sắt từ Nhóm Nguyễn Thị Ngọc Ánh - 0719122 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng d) Cơ chế hoạt động  Với mơ hình trên, có từ trường ngồi H thì:  Từ độ lớp tự bị quay theo H Do đó, hiệu ứng từ - điện trở phụ thuộc chủ yếu vào từ độ lớp bên  Từ độ lớp ghim bị quay có H đủ lớn để phá vỡ liên kết với lớp phản sắt từ  Đường cong MR thay đổi nhảy bậc sắt nét  Đường cong từ trễ bị dịch quãng phía từ trường âm Nhóm Nguyễn Thị Ngọc Ánh - 0719122 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng Ta xét Van spin với hợp kim phản sắt từ Fe-Mn Fe-Mn Ni-Fe Cu Ni-Fe Lớp phản sắt từ(AF) Lớp sắt từ(F1) bị ghim Lớp phi từ(NM) Lớp sắt từ(F2) tự  Khi H>0 hướng hướng từ độ lớp F1 từ độ lớp song song với Nhóm Nguyễn Thị Ngọc Ánh - 0719122 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng  Khi giảm đổi chiều H:  Trong vùng H âm, nhỏ => từ độ lớp F2 bị đảo, từ độ lớp F1 bị ghim cũ Thiết lập trạng thái từ độ phản song song lớp F1 F2 => giảm từ độ tổng cộng tăng điện trở R  Đến giá trị H âm đủ lớn, lượng tương tác trao đổi dị hướng vượt qua => từ độ lớp F1 bị đảo Thiết lập trạng thái từ độ song song => tăng từ độ tổng cộng làm giảm giảm điện trở R Nhóm Nguyễn Thị Ngọc Ánh - 0719122 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng  Đồ thị mơ tả chu trình từ hóa van spin giá trị H>0 tương ứng với trạng thái từ độ song song lớp F1 F2 : R M H Heb Đường cong từ trễ Nhóm H Đường cong MR Nguyễn Thị Ngọc Ánh - 0719122 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng Đường trễ dịch liên kết trao đổi hai lớp sắt từ phản sắt từ  Ở nhiệt độ Neel, khơng có dịch đường trễ khơng có tính sắt từ  Ở nhiệt độ Neel, liên kết sắt từ-phản sắt từ tạo nên đường cong từ trễ bị dịch khoảng Nhóm Nguyễn Thị Ngọc Ánh - 0719122 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng e) Giới thiệu thêm  Hiện có hai cấu hình từ điện trở cấu trúc van spin, quy định chiều dòng điện chạy linh kiện CPP CIP  Cấu trúc CPP có dịng điện chạy vng góc với mặt phẳng màng  Cấu trúc CIP có dịng điện chạy song song với bề mặt màng  Thông thường, cấu trúc CPP cho giá trị hiệu ứng GMR lớn so với cấu hình CIP điện tử chủ yếu bị tán xạ chiều dày màng,có qng đường tự trung bình nhỏ so với cấu hình CIP  Cấu hình CPP mối quan tâm lớn nhà nghiên cứu ứng dụng spintronics khả tạo linh kiện mật độ chất lượng cao hơn, nhiên cấu hình CIP lại chiếm ưu việc chế tạo hoạt động đơn giản Nhóm Nguyễn Thị Ngọc Ánh - 0719122 ... 07MM Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng Nội dung trình bày I Định nghĩa màng mỏng từ II Hiệu ứng kích thước vật liệu từ dạng màng mỏng III Ứng dụng hiệu ứng từ trở khổng lồ màng mỏng. .. Dung-0719017 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng III Ứng dụng hiệu ứng từ trở khổng lồ màng mỏng từ Nhóm Lớp 07MM Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng Hiệu ứng từ điện trở... Dung - 0719017 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh Dũng II Hiệu ứng kích thước vật liệu từ dạng màng mỏng Nhóm Nguyễn Phan Hạnh Dung - 0719017 Vật liệu từ nano Giảng viên: TS Nguyễn Khánh