Ramok a m gneses nanor tegekben gmr nobel d j 2007
Download
1 / 31

ÁRAMOK A MÁGNESES NANORÉTEGEKBEN (GMR – Nobel díj 2007) - PowerPoint PPT Presentation


  • 60 Views
  • Uploaded on

ÁRAMOK A MÁGNESES NANORÉTEGEKBEN (GMR – Nobel díj 2007). Kádár György MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' ÁRAMOK A MÁGNESES NANORÉTEGEKBEN (GMR – Nobel díj 2007)' - brett-christensen


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Ramok a m gneses nanor tegekben gmr nobel d j 2007

ÁRAMOK A MÁGNESES NANORÉTEGEKBEN (GMR – Nobel díj 2007)

Kádár GyörgyMTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


Tartalmi vázlatA mágneses anyagtudomány néhány alapfogalma A Nobel-díj és a Gigantikus Mágneses Ellenállás-változás (GMR)SpintronikaSpinszelep szerkezetű mágneses szenzorMágneses Véletlen Hozzáférésű Memória (MRAM)Mágneses térvezérlésű tranzisztor

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


A mágnesség (magnetosztatika) jellemző fizikai mennyiségei:Mágneses gerjesztő tér: H(A/m)elektromos áram hozza létreegyenes drót körül H=I/(2πR)n menetű, l hosszúságú tekercsben H=nI/lMágneses indukció: B (Tesla)vákuumban B=μ0H, anyagi közegben B= μ0H+MMágnesezettség: M(Tesla)A mágneses anyagtudomány alapvető mennyisége

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


A mennyiségei:klasszikus fizika fogalmaival statikus mágnesezettség (mágneses momentumsürüség)nem létezhet.A mágneses tér köráramot, a köráram mágneses momentumot hozhat létre, de a körpályán gyorsuló töltés sugároz, energiát veszít, táplálás nélkül időben nem állandó, nem statikus. Dinamikus lehet…A kvantumelmélet atommodelljeiben viszont az elektronhéj zárt térfogatban marad, mozog, perdülete, impulzusmomentuma van mégsem sugároz.Ilyen töltésmozgással már keletkezhet statikus mágnesezettség

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


Az atomok „alkatrészeinek”: minden elektronnak van saját perdülete (SPIN), ezért elemi mágneses momentuma, akkor az atomoknak is lehet Az elektronszerkezettől függ, hogy egy atom (ion) mágneses momentuma nulla – diamágneses atom vagy nem nulla – paramágneses atom

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


A m gneses anyagok t pusai
A mágneses anyagok típusai saját perdülete (SPIN), ezért elemi mágneses momentuma,

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


Ferromágnesek, saját perdülete (SPIN), ezért elemi mágneses momentuma, külső gerjesztő tér nélkül is van mérhető mágneses momentum, (spontán) mágnesezettség (-vektor).

Északi és Déli pólusaik olyan mágneses teret hoznak létre,

mint amilyen a pozitív és negatív elektromos töltések - DIPÓLUS - elektromos tere

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


A rendezett mágneses szerkezetű anyagok (ferro-, antiferro-, ferrimágnesek) bizonyos hőmérséklet (Curie-pont) fölött elvesztik rendezettségüket, paramágnesesek lesznekA rendezetlenítő hőhatás energiáját (kT) összehasonlíthatjuk az egymás melletti atomi dipólusok kölcsönhatási energiájával (jól ismert és kipróbált formulával kiszámítható)A dipól-dipól kölcsönhatás kb. 10 000-szer kisebb Curie-pontot adna. Nem elég a rendeződéshez.

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


H antiferro-, ferrimágnesek) bizonyos hőmérséklet (2 molekulában (Werner Heisenberg és Teller Ede)a két elektron Coulomb taszítási energiájáhozaz elektronok spinjeinek kölcsönös helyzetétől függőkicserélődésienergia korrekciót kell hozzávenni.Alakja: E=-J12S1S2J12 kicserélődési integrál függ az anyag atomi szerkezetétől, az atomok távolságától is, FM: J12>0AFM: J12<0nagyságrendje alkalmas az atomi mágneses momentumok rendezett sorbaállításához(kb. 10 000-szerese a dipól-dipól energiának)

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


Tehát az atomi momentumok párhuzamosítását antiferro-, ferrimágnesek) bizonyos hőmérséklet ((vagy antiparallal beállását az antiferromágneses anyagokban) a kicserélődési kölcsönhatás elintézi, de tapasztalat, hogy pl. kristályos ferromágneses anyagokban a momentumok bizonyos kristálytani irányok mentén szívesebben párhuzamosodnak: vannak ún. könnyű és nehéz irányok, a kristályos mágneses anyag anizotróp

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


A m gnesezetts g ir nyf gg s t anizotr pi j t okozhatja a m gneses anyag alakja is
A mágnesezettség irányfüggését, anizotrópiáját okozhatja a mágneses anyag alakja is:

Lapos korong nehéz iránya a merőleges forgástengelye vagyis

Hosszú tű könnyű iránya a tű hossz-tengelye

a korong síkjában minden irány könnyű irány

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


A okozhatja a mágneses anyag alakja is:kicserélődés és az anizotrópia miatt tehát az anyag mágnesezettsége mindenütt azonos irányú lenne.Így az anyagból kiszóródott mágneses tér energiája igen nagy lenne, ezért az anyagban különböző mágnesezettség-irányú tartományok, domének alakulnak ki, hogy a kiszóródott terek „rövidre” záródhassanak.

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


Hiszter zis az m h f ggv nyben
Hiszterézis az M(H) függvényben okozhatja a mágneses anyag alakja is:

Barkhausen ugrások

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


Permanen okozhatja a mágneses anyag alakja is:smágnesek:

a {H·B} energiaszorzat növekedése

Transzformátor vasmagok

A „vasveszteség” – a hiszterézishurok területe minél kisebb legyen

Mágnestérfogatok azonos mágneses energiához

R. Skomski and J. Coey: PRB 48, 15812 (1993)

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


Memóriaanyagokban okozhatja a mágneses anyag alakja is: négyszög alakú határozott koercitív erejű de nem túl nagy remanenciájú hiszterézisAudio-video szalagokban nagy remanenciájú, megdőlt fel- és lefutású hiszterézis

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


A 2007 es fizikai nobel d j
A 2007-es Fizikai Nobel-díj okozhatja a mágneses anyag alakja is:

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


Hogyan is m k dik a winchester
Hogyan is működik a Winchester? okozhatja a mágneses anyag alakja is:

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


Óriás Mágneses Ellenállásváltozás okozhatja a mágneses anyag alakja is:Giant Magneto-Resistance – GMRAlapjelenség: ha az elektromos áramot szállító elektronok mágneses momentuma azonos irányú az áramot vezető mágneses fém mágnesezettségével, akkor az ellenállás kisebb, mintha ellentétes irányú lenne.Mi történik, ha két mágneses rétegen kell az áramnak áthaladni, amelyeket nem-mágneses fémréteg választ elNanotechnológia! A rétegvastagság nanométer méret!Az elektronok szabad úthosszával összemérhető.

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba



A. Fert et al. PRL Békéscsaba61 2472 (1988)

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


P. Grünberg et al. PRB Békéscsaba39 4828 (1989)

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


  • Julliere, 1975, Phys.Lett. Békéscsaba b) Maekawa és Gafert, 1982, MAG-18

  • c) Miyazaki és Tezuka, 1995, JMMM d) Moodere et al., 1995, PRL (! 295K !)

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


  • Mágneses alagút átmenet félvezető rétegekből: Békéscsaba

  • Ga1-xMnxAs (x=4.0%,50 nm)/AlAs (3 nm)/Ga1-xMnxAs (x=3.3%, 50 nm) réteg-szerkezet normált mágnesezettsége 8K hőmérsékleten, 333 mm hosszú mintában

  • Ga1-xMnxAs (x=4.0%,50 nm)/AlAs (1.6 nm)/ Ga1-xMnxAs (x=3.3%, 50 nm) rétegszerkezet alagút átmeneti mágneses ellenállás-változása (TMR) 200 mm átmérőjű mintában.

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


  • A legegyszerűbb rétegszerkezet, tér nélkül antiparallel mágnesezettségek, nagy ellenállás,

  • a párhuzamosításhoz viszonylag nagy tér szükséges, hiszterézissel (mint Grünberg)

  • b) Egyik réteg rögzített egy antiferromágneses réteghez kicserélődési csatolással

  • c) A fix réteghez egy másik ellentétes irányú fix réteg csatlakozik, a szabad réteg

  • hiszterézisének középpontja közelebb kerül az origóhoz

  • d) A szabad réteghez is csatolva van egy ellentétes irányú szabad réteg,

  • a hiszterézis az origó körül szimmetrikus

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


Spinszelep s transzverz lis ram
Spinszelep és transzverzális áram mágnesezettségek, nagy ellenállás,

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


A technológia időbeli fejlődése: mágnesezettségek, nagy ellenállás,

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


Az ibm c g longitudin lis mr s gmr szenzor szerkezetei
Az IBM cég longitudinális MR és GMR szenzor szerkezetei mágnesezettségek, nagy ellenállás,

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


Spintronika improved pinning effect in ptmn nife system appl phys letters 85 2004 5281
SPINTRONIKA!!! mágnesezettségek, nagy ellenállás,„Improved pinning effect in PtMn/NiFe system…” Appl. Phys. Letters, 85 (2004) 5281

8. E. Krén, G. Kádár, L. Pál, J. Sólyom, P. Szabó, T. Tarnóczi Magnetic structures and exchange interactions in the Mn-Pt systemPhysical Review, 171, 574, (1969).

8.1. B. Antonini, Phys. Letters, 30A 310 (1969)8.2. B. Antonini, Phys. Rev., 187 611 (1969)

……8.84. Dai B., Appl. Phys. Letters, 85 (22) 5281-5283 (2004)

8.85. Rickart M., J. Appl. Physics, 97 (10) no. 10K110 (2005)8.86. Eriksson T., J. Alloys and Compounds, 403 19 (2005)8.87. Umetsu RY, J. Phys. Soc. Jpn, 75 104714 (2006) ……

8.95. Franco N, Mater. Sci. Forum, 514-516: 314 (2006) 8.96. Umetsu RY, Mater. Transactions, 47 2 (2006)8.97. Mougin A, Phys. Rev. B, 73 024401 (2006)

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba




S Békéscsabapintronika ma és holnap

A jelenség felfedezése

Ipari alkalmazás

AMR jelenség

(1~2%)‏

HDD fej

1985

GMR jelenség

(5~15%)‏

MR fej

1990

TMR jelenség

(20~70%)‏

1995

GMR fej

Spin transzfer

2000

MRAM

TMR fej

Giant TMR jelenség

(200~??%)‏

2005

MRAM

Új eszközök

2010

MgO TMR fej

Spin-transzfer

MRAM

Spin tranzisztor,

Logika, stb.

51. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Békéscsaba


ad