Тунельний магніторезистивний елемент з від’ємним магнітоопором

Реферат: Тунельний магніторезистивний елемент з від'ємним магнітоопором належить до магнітних тунельних пристроїв та може бути використаний для виготовлення сенсорів магнітного поля, таких як зчитувальні головки магнітно-записаних величин, датчики зміщення, пристрої магнітної пам'яті та логіки в спінтрониці. Тунельний магніторезистивний елемент складається з двох феромагнітних шарів із напівметалу Fe3O4 і діелектричного тунельного бар'єра із Y2O3. Елемент розміщений між металевими електродами, що служать для вимірювання тунельного магнітоопору при різній полярності спінів електронів в шарах Fe 3O4. Дані металеві електроди можуть також бути використані для утворення магнітного поля, керуючого поляризацією спінів. Для зменшення паразитного магнітного впливу шарів один на одний розміри металевих електродів повинні бути менше, ніж у шарів Fe3O4 у співвідношенні r0  r , де r0 - товщина електрода, r - перевищення напівширини шару Fe3O4 над напівшириною електрода. Технічним результатом є отримання від'ємного магнітоопору величиною 1085 %, що може бути вжито для UA 100315 C2 (12) UA 100315 C2 підвищення ефективності пристроїв, що працюють з використанням від'ємного магнітоопору, шляхом застосування його більшої величини. UA 100315 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до області магнітних тунельних пристроїв та може бути використаний для виготовлення сенсорів магнітного поля, що застосовують від'ємний магнітоопір. Особливо даний винахід призначений для покращення роботи таких пристроїв, що застосовують від'ємний магнітоопір, шляхом використання його більшої величини. Відомий тунельний магніторезистивний елемент, основною робочою частиною якого є сендвіч, що складається з двох феромагнітних тонкоплівкових шарів (NiX FeІ-X та Fe або Co), розділених ультратонким, в декілька нанометрів, діелектричним прошарком Аl 2О3 (ЕР 1925946А2 Tunnel magnetoresistance element). Даний елемент використовує для роботи відкритий в 1975 році ефект тунельного магнітоопору (TMR) (M. Julliere, "Tunneling between ferromagnetic films" Phys. Lett. 54 A, 225 (1975)), суть якого полягає в тому, що при паралельній намагніченості шарів феромагнетика, тунельний струм крізь розділяючий їх діелектричний прошарок перевищує величину струму, що рухається при антипаралельній намагніченості. Тобто, поперечний опір сендвіча при паралельній намагніченості R P менше, ніж при антипаралельній RАР. Відносна різниця RАР та RР R  RP (1) TMR  AP  100 % RP отримала назву тунельного магнітоопору. На практиці також зустрічаються випадки, коли RAРr0, де r0 - товщина джерела, а r - перевищення напівширини шару Fe3O4 над напівшириною джерела. Вибір окису Y2O3 для матеріалу діелектричного прошарку обумовлений рядом його корисних властивостей. По-перше, атоми рідкоземельного металу ітрію Y мають незаповнену d-оболонку. Це сприяє встановленню магнітної взаємодії з незаповненими d-оболонками атомів Fe у контактуючих феромагнітних шарах Fe3O4, та виникненню упорядкованої магнітної структури в 1 UA 100315 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 самому Y2O3. Але, як відомо (В.В. Nelson-Cheeseman, R.V. Chopdekar, Z.M.B. Alldredge, I.S. Bettinger, E. Arenholz, Y. Suzuki "Probing the role of the barrier layer in magnetic tunnel function transport" ArXiv: 0706. 2726. v2 [cond-mat. str-el] 5 Dec. 2007), у випадку, якщо тунельний бар'єр є феромагнітним, то перехід через нього поляризованих електронів відбувається з обертом спіну, і якщо є парамагнітним – то без оберту. Тому перехід поляризованих в Fe3O4 електронів через Y2O3, що має упорядкованість спінів електронів, близькою до феромагнітної, відбувається з переворотом спіну. А це призводить до того, що спостережуване для немагнітних матеріалів Аl2О3, MgO та ін. у формулі (1) співвідношення RАР>RР та TMR>0, при використанні магнітновпорядкованого Y2O3 змінюється на протилежне: RАРr0, як умову досягнення більшого значення від'ємного TMR. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 Тунельний магніторезистивний елемент з від'ємним магнітоопором, що складається з двох феромагнітних шарів і діелектричного тунельного бар'єра, який відрізняється тим, що для 3 UA 100315 C2 виготовлення шарів феромагнетика використано напівметал Fe 3O4, для діелектричного тунельного бар'єра використано Y2O3, а джерело магнітного поля для орієнтації спінів електронів в шарах Fe3O4 має товщину r0 меншу, ніж r - перевищення напівширини шару Fe3O4 над напівшириною джерела, тобто r 0  r  . 4 UA 100315 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5