Електронні транспортні ефекти у багатошарових плівкових системах - Автореферат

Науковий інтерес до вивчення таких систем, з одного боку, обумовлений пошуком нових фундаментальних ефектів, що не можуть бути реалізовані в однорідних одношарових плівках, з яких складаються мультишари. Таким чином, дослідження транспортних розмірних ефектів у багатошарових плівкових системах є актуальними як з фундаментальної точки зору, так і з практичної, що проявляється у публікації великої кількості наукових праць з вивчення електрофізичних властивостей зазначених систем. Розроблення зазначеної теорії дозволяє у єдиній схемі розглянути відємний та інверсний ефекти гігантського магнітоопору (ГМО), зясувати, який з механізмів - обємний чи інтерфейсний (або їх суперпозиція) - є домінуючим при формуванні амплітуди ефекту ГМО, зясувати вплив меж зерен (МЗ) на рівень ефекту, отримати прості аналітичні вирази для оцінки величини зазначеного ефекту тощо. Це відкриває широкі можливості для прогнозування кінетичних властивостей мультишарів зі зміною індивідуальних товщин шарів металу, їх структури, величини зовнішнього магнітного поля тощо, що і визначає актуальність подальшого розвитку наукового напряму “Кінетичні явища у багатошарових магнітних та немагнітних плівкових системах”. Мета дисертаційної роботи полягає у встановленні загальних фізичних закономірностей впливу шаруватості, нанорозмірності, структури індивідуальних металевих шарів, шорсткості зовнішніх меж та інтерфейсів на електронний транспорт у багатошарових магнітних та немагнітних плівкових системах, а також у теоретичному обґрунтуванні резистометричного методу вимірювання коефіцієнтів обємної та зерномежової дифузії в умовах зовнішнього (розсіяння носіїв заряду на зовнішніх межах зразків) та внутрішнього (релаксація електронів на межах зерен та інтерфейсах провідників) ефектів і в отриманні модельних співвідношень для зазначених коефіцієнтів.Кількісно ефект ГМО, який полягає у різкому збільшенні (негативний, прямий) або у зменшенні (позитивний, інверсний) провідності при їх перемагнічуванні за допомогою відносно слабкого зовнішнього магнітного поля (поле, яке значно менше, ніж поле, у якому помітні гальваномагнітні ефекти в однорідних плівках тих металів, з яких складаються сандвіч та багатошарова плівка), можна охарактеризувати відносною зміною провідності , нормованої на (для прямого ефекту) та на (при аналізі інверсного ефекту): , ,(1) де і провідність багатошарового зразка з антиферомагнітною та феромагнітною взаємодією між магнітними шарами. У разі виконання нерівностей (для зразка з-конфігурацією) та (для провідників з - конфігурацією), де ймовірності дзеркального відбиття електронів від МПШ та їх проходження у сусідні шари металу відповідно, рівень ефекту можна визначити за таким співвідношенням: (5) де коефіцієнти визначають величину асиметрії проходження електронів через інтерфейси, - імовірність дифузного проходження електронів у сусідні шари металу, . З формул (2)-(6) випливає, що у випадку, коли сандвіч або мультишар складаються з магнітних шарів одного і того ж металу (, провідник “симетричний”), зміна провідності зразків унаслідок їх перемагнічування незалежно від домінуючого механізму СЗР електронів формально описується однією й тією самою формулою, яка часто використовується науковцями для аналізу зазначеного ефекту: , .(7) У випадку, коли центри, що асиметрично розсіюють електрони, знаходяться в МПШ, внаслідок виконання нерівностей (для зразків з антиферомагнітною взаємодією між шарами) і (для провідників з конфігурацією), збільшення дзеркального відбиття носіїв заряду на інтерфейсах зменшує ймовірність їх проходження у сусідні шари металу, що і призводить до зменшення амплітуди ефекту. 2) якщо ж ефект ГМО обумовлений асиметрією СЗР носіїв заряду в обємі шарів металу, то у випадку, коли провідник має: · крупнозернисту структуру, то центри, що розсіюють електрони в основному знаходяться в обємі шарів металу, і розсіяння носіїв заряду на МЗ призводить до зменшення амплітуди ефекту, оскільки він втрачає “память” про свій спін і стає неефективним;Уперше з використанням квазікласичного наближення для феромагнітного металу Мотта побудована загальна (при довільних значеннях параметрів задачі, які входять до кінцевого результату розрахунків) теорія гігантського магніторезистивного ефекту для магнітних багатошарових плівок і сандвічів та встановлені такі закономірності: · вплив шорсткостей меж провідників на амплітуду ефекту визначається конфігурацією центрів, що асиметрично розсіюють електрони з різною поляризацією спіну; · у випадку, коли ефект гігантського магнітоопору (ГМО) обумовлений асиметрією інтерфейсного спін - залежного розсіяння (СЗР) носіїв заряду, а зазначені вище центри розміщені в інтерфейсах зразків, збільшення ймовірності дзеркального розсіяння електронів на межах поділу шарів металу призводить до зменшення ефекту внаслідок зменшення ймовірності проходження електронів у сусідні шари металу і відповідно до зменшення магнітної взаємодії між магнітними шарами; · при будь - якій іншій конфігурації центрів, що розсіюють елек

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ