Особенности магнитосопротивления элемента стрейнтроники при наличии бистабильных магнитных состояний

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследования зависимости магнитосопротивления элемента магнитной стрейнтроники, состоящего из многослойной пленочной наноструктуры – слоев Ta (5 нм) / FeNiCo (20 нм) / CoFe (10 нм) / Ta (5 нм), последовательно напыленных на кремневую подложку, от величины напряженности внешнего перемагничивающего магнитного поля и деформации сжатия. Установлено, что экспериментальное значение максимального изменения магнитосопротивления наноструктуры при перемагничивании слоев меньше теоретического значения, из-за случайного характера ориентационного фазового перехода бистабильной магнитной системы вблизи критического значения внешнего магнитного поля. Разработан вариационный метод теоретической аппроксимации зависимостей магнитосопротивления, позволяющий по экспериментальным данным определять неизвестные параметры магнитных нанослоев, например, поле анизотропии Han и магнитострикции Hσ. Показано количественное совпадение развитой теории с экспериментальными результатами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. А. Жуков

НПК “Технологический центр”

Автор, ответственный за переписку.
Email: D.Zhukov@tcen.ru
Россия, пл. Шокина, 1, стр. 7, Москва, Зеленоград, 124498

О. П. Поляков

МГУ имени М.В. Ломоносова; Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

Email: D.Zhukov@tcen.ru
Ленинские горы, 1, стр. 2, Москва, 119991; Профсоюзная ул., 65, Москва, 117997

П. А. Поляков

МГУ имени М.В. Ломоносова; Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

Email: D.Zhukov@tcen.ru
Россия, Ленинские горы, 1, стр. 2, Москва, 119991; Профсоюзная ул., 65, Москва, 117997

С. И. Касаткин

Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

Email: D.Zhukov@tcen.ru
Россия, Профсоюзная ул., 65, Москва, 117997

В. В. Амеличев

НПК “Технологический центр”

Email: D.Zhukov@tcen.ru
Россия, пл. Шокина, 1, стр. 7, Москва, Зеленоград, 124498

Д. В. Костюк

НПК “Технологический центр”

Email: D.Zhukov@tcen.ru
Россия, пл. Шокина, 1, стр. 7, Москва, Зеленоград, 124498

Список литературы

  1. Miao F., Liang S.-J., Cheng B. Straintronics with van der Waals materials // NPJ Quantum Materials. 2021. V. 6. P. 59.
  2. Антонова И.В. Стрейнтроника двумерных неорганических материалов для электронных и оптических приложений // УФН. 2022. Т. 192. № 6. С. 609–641.
  3. Бухараев А.А., Звездин А.К., Пятаков А.П., Фетисов Ю.К. Стрейнтроника – новое направление микро- и наноэлектроники и науки о материалах // УФН. 2018. Т. 188. № 12. С. 1288–1330.
  4. Pan L., Xie Y., Yang H., Li M., Bao X., Shang J., Li R.-W. Flexible Magnetic Sensors // Sensors. 2023. V. 23. P. 4083.
  5. Наумова Л.И., Захаров А.А., Миляев М.А., Бебенин Н.Г., Заворницын Р.С., Максимова И.К., Проглядо В.В., Устинов В.В. Магнитоупругие свойства спиновых клапанов, содержащих слои CoFe/Dy // ФММ. 2023. Т. 124. № 3. С. 264–274.
  6. Mata E.S.O., Bermúdez G.S.C., Ha M., Kosub T., Zabila Y., Fassbender J., Makarov D. Printable anisotropic magnetoresistance sensors for highly compliant electronics // Appl. Phys. 2021. V. 127. P. 280.
  7. Bermúdez G.S.C., Karnaushenko D.D., Karnaushenko D., Lebanov A., Bischoff L., Kaltenbrunner M., Fassbender J., Schmidt O.G., Makarov D. Magnetosensitive e-skins with directional perception for augmented reality // Sci. Adv. 2018. V. 4. № eaao2623.
  8. Наумова Л.И., Чернышова Т.А., Заворницын Р.С., Миляев М.А., Максимова И.К., Проглядо В.В., Захаров А.А., Устинов В.В. Гибкие спиновые клапаны: межслойное взаимодействие и деформационная чувствительность // ФММ. 2021. Т. 122. № 11. С. 1149–1157.
  9. Горев Р.В., Удалов О.Г. Микромагнитное моделирование магнитоупругого эффекта в субмикронных структурах // ФТТ. 2019. Т. 61. № 9. С. 1614–1622.
  10. Bermúdez G.S.C., Makarov D. Magnetosensitive E-Skins for Interactive Devices // Adv. Funct. Mater. 2021. V. 31. P. 2007788.
  11. Rivkin B., Becker C., Akbar F., Ravishankar R., Karnaushenko D.D., Naumann R., Mirhajivarzaneh A., Medina-Sánchez M., Karnaushenko D., Schmidt O.G. Shape-Controlled Flexible Microelectronics Facilitated by Integrated Sensors and Conductive Polymer Actuators // Adv. Intell. Syst. 2021. V. 3. P. 2000238.
  12. Ha M., Bermúdez G.S.C., Kosub T., Mönch I., Zabila Y., Mata E.S.O., Illing R., Wang Y., Fassbender J., Makarov D. Printable and Stretchable Giant Magnetoresistive Sensors for Highly Compliant and Skin-Conformal Electronics // Adv. Mater. 2021. V. 33. P. 2005521.
  13. Bedoya-Pinto A., Donolato M., Gobbi M., Hueso L.E., Vavassori P. Flexible spintronic devices on Kapton // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 104. P. 062412.
  14. Zhukov D., Amelichev V., Kasatkin S., Kostyuk D. Investigation of multilayer nanostructures of magnetic straintronics based on the anisotropic magnetoresistive effect // Sensors. 2021. № 21. P. 5785.
  15. Жуков Д.А., Крикунов А.И., Амеличев В.В., Костюк Д.В., Касаткин С.И. Магнитострикционные наноструктуры с гигантским магниторезистивным эффектом для устройств магнитной стрейнтроники // Изв. РАН. Сер. физическая. 2020. Т. 84. № 5. С. 730–732.
  16. Tavassolizadeh A., Rott K., Meier T., Quandt E., Holscher H., Reiss G., Meyners D. Tunnel magnetoresistance sensors with magnetostrictive electrodes: Strain sensors // Sensors. 2016. № 16. P. 1902.
  17. Амеличев В.В., Васильев Д.В., Поляков П.А., Костюк Д.В., Беляков П.А., Касаткин С.И., Поляков О.П., Казаков Ю.В. Влияние формы спин-туннельного элемента на зависимость его магнитосопротивления // ФММ. 2023. Т. 124. № 5. С. 1–6.
  18. King J.P., Chapman J.N., Kools J.C.S., Gillies M.F. On the free layer reversal mechanism of FeMn-biased spin-valves with parallel anisotropy // J. Phys. D: Appl. Phys. 1999. V. 32. P. 1087–1096.
  19. Hunter D., Osborn W., Wang K., Kazantseva N., Hattrick-Simpers J., Suchoski R., Takahashi R., Young M.L., Mehta A., Bendersky L.A., Lofland S.E., Wuttig M., Takeuchi I. Giant magnetostriction in annealed Co1-xFex thin-films // Nat. Comm. 2011. V. 2. P. 518.
  20. Nakamura T., Takeuchi T., Yuito I., Kato K., Saito M., Abe K., Sasaki T., Sekiguchi T., Yamaura S.-I. Effect of annealing on magnetostrictive properties of Fe–Co alloy thin films // Mater. Trans. 2014. V. 55. № 3. P. 556–560.
  21. Касаткин С.И., Муравьëв А.М., Плотникова Н.В., Амеличев В.В., Галушков А.И., Гамарц И.А., Лопатин В.В., Сауров А.Н. Анизотропные магниторезистивные датчики магнитного поля и тока // Автоматика и телемеханика. 2009. № 6. С. 141–152.
  22. Jogschies L., Klaas D., Kruppe R., Rittinger J., Taptimthong P., Wienecke A., Rissing L., Wurz M.C. Recent Developments of Magnetoresistive Sensors for Industrial Applications // Sensors. 2015. V. 15. P. 28665–28689.
  23. Lohndorf M., Duenas T., Tewes M., Quandt E., Ruhrig M., Wecker J. Highly sensitive strain sensors based on magnetic tunneling junctions // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 81. № 2. P. 313–315.
  24. Mcguire T.R., Potter R.I. Anisotropic Magnetoresistance in Ferromagnetic 3d Alloys // IEEE Transactions on magnetics. 1975. V. 11. № . 4. P. 1018–1038.
  25. Жуков Д.А., Амеличев В.В., Россуканый Н.М., Руковишников А.И., Костюк Д.В. Контрольно-измерительный стенд исследования магниторезистивных наноструктур с магнитострикционным эффектом // Датчики и системы. 2023. Т. 267. № 2. С. 20–24.
  26. Labrune M., Kools J.C.S., Thiaville A. Magnetization rotation in spin-valve multilayers // Journal of Magn. Magn. Mater. 1997. V. 171. P. 1–15.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение магнитных слоев и их физических параметров: ориентация векторов M1, M2, H0, J и ОЛН.

Скачать (10KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость cos2φ для устойчивых равновесных ориентаций вектора намагниченности M от безразмерной проекции напряженности внешнего магнитного поля hx.

Скачать (8KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспериментальная (точки) и теоретическая (сплошная линия) зависимости относительного магнитосопротивления в отсутствие напряжения деформации от напряженности магнитного поля.

Скачать (9KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Теоретическая зависимость cos2φ от безразмерной напряженности магнитного поля hx при различных значениях безразмерного параметра напряжения сжатия hσ.

Скачать (17KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Экспериментальная (точки) и теоретическая (сплошная линия) зависимости относительного магнитосопротивления от напряженности магнитного поля: (а) для механического напряжения сжатия σ = 30 МПа; (б) для механического напряжения сжатия σ = 65 МПа; (в) для механического напряжения сжатия σ = 100 Мпа.

Скачать (32KB)
Метаданные