Các màng mỏng từ liên kim loạ
6.5. Hiệu ứng từ-điện trở khổng lồ trong màng mỏng đa lớp
mỏng đa lớp
6.5.1. Mở đầu
Hiệu ứng từ - điện trở (MagnetoResistance - MR) là sự thay đổi điện trở của một vật dẫn gây bởi từ tr−ờng. Thông th−ờng MR đ−ợc định nghĩa bằng tỉ số: ) 0 ( ) ( ) 0 ( ρ ρ ρ ρ ρ H MR= ∆ = − , (6.14) trong đó, ρ(0) và ρ(H) t−ơng ứng là điện trở suất khi không có từ tr−ờng ngoài và có từ tr−ờng ngoài đặt vào. Trong một số tr−ờng hợp, hiệu ứng từ - điện trở còn đ−ợc biểu diễn theo một cách khác, ví dụ R R(0). Trong giáo trình này, khi phải trích dẫn các số liệu đó, chúng tôi phải giữ nguyên cách biểu diễn để tôn trọng tài liệu gốc (ví dụ hình 6.12).
Trong các vật dẫn không có từ tính, ví dụ nh− các kim loại Cu hoặc Au, hiệu ứng MR xảy ra do lực Lorentz tác dụng lên chuyển động của các điện tử. Nói chung, hiệu ứng này rất nhỏ và có giá trị âm. Đối với các vật dẫn có từ tính, ví dụ nh− các kim loại sắt từ, sự phân cực spin của các điện tử gây nên đóng góp khá lớn vào MR.
Kiến thức quan trọng đầu tiên về tính chất điện của các kim loại sắt từ là sự phụ thuộc của điện trở vào góc giữa vectơ từ độ và dòng điện. Khi có từ tr−ờng đặt vào, góc giữa vectơ từ độ và chiều dòng điện bị thay đổi, dẫn đến sự thay đổi của điện trở. Đó là hiệu ứng từ - điện trở dị h−ớng. Hiệu ứng từ-điện trở
dị h−ớng của các chất sắt từ chỉ có giá trị vào cỡ vài phần trăm ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên nó đã đ−ợc ứng dụng trong thực tế vì véc tơ từ độ của các chất sắt từ mềm rất dễ quay trong từ tr−ờng nhỏ.
Một dạng khác nữa của hiệu ứng từ-điện trở trong các chất sắt từ liên quan đến tán xạ bởi các spin bất trật tự (spin-
disorder scattering). Trạng thái bất trật tự của các spin luôn
làm tăng điện trở. Khi đặt từ tr−ờng ngoài vào, mức độ bất trật tự của các spin giảm, ta sẽ nhận đ−ợc hiệu ứng từ-điện trở âm nh−ng đẳng h−ớng [6.6, 6.17]. Hiệu ứng này rất nhỏ trong các kim loại chuyển tiếp sắt từ nh−ng lại rất lớn (đạt đến 70%) trong các vật liệu đất hiếm - kim loại chuyển tiếp có chuyển pha từ giả bền nh− RCo2 [6.18, 6.19], các gốm perovskites [6.20],...
Trong phần này, chúng ta đề cập đến hiệu ứng từ - điện trở khổng lồ (Giant Magneto Resistance - GMR) mới đ−ợc phát hiện gần đây trong các vật liệu có cấu trúc nanô dạng lớp (màng mỏng đa lớp - multilayers).
Trong phần này, chúng ta đề cập đến hiệu ứng từ - điện trở khổng lồ (Giant Magneto Resistance - GMR) mới đ−ợc phát hiện gần đây trong các vật liệu có cấu trúc nanô dạng lớp (màng mỏng đa lớp - multilayers). lần đầu tiên đ−ợc phát hiện bởi một nhóm các nhà khoa học ng−ời Pháp vào năm 1988 trên cấu hình {Fe(3 nm)/Cr(0,9 nm)}30. Hiệu ứng này cũng có liên quan với cấu trúc từ vừa mô tả ở trên giữa hai lớp vật liệu sắt từ (Fe) thông qua lớp đệm không có từ