Gigant magnit qarshilik

Gigant magnit qarshilik, ulkan magnit qarshilik, GMR  – oʻzgaruvchan ferromagnit va oʻtkazuvchi magnit boʻlmagan qatlamlardan tashkil topgan yupqa metall plyonkalarda kuzatilgan kvant mexanik taʼsiri. Taʼsir, qoʻshni magnit qatlamlarning magnitlanishining oʻzaro yoʻnalishi oʻzgarganda, bunday strukturaning elektr qarshiligining sezilarli oʻzgarishidan iborat. Magnitlanish yoʻnalishini, masalan, tashqi magnit maydonni qoʻllash orqali boshqarish mumkin. Effekt spin yoʻnalishiga bogʻliq boʻlgan elektronlarning tarqalishiga asoslangan. 1988-yilda ulkan magnit qarshilikni kashf etgani uchun fiziklar Albert Fert (Parij-Sud XI universiteti) va Peter Grünberg (Jülich tadqiqot markazi) 2007-yilda fizika boʻyicha Nobel mukofotiga sazovor boʻlishgan.

Taʼsirning asosiy qoʻllanilish sohasi qattiq disklar, biosensorlar, MEMS qurilmalari va boshqalardagi maʼlumotlarni oʻqish uchun foydalaniladigan magnit maydon sensorlaridir. Ulkan magnitoqarshilikka ega boʻlgan koʻp qatlamli tuzilmalar magnitorezistiv tezkor xotirada bir bit axborotni saqlaydigan elementlar sifatida ishlatilgan.

da gigant magnit qarshiligi atamasi baʼzan koʻp qatlamli tuzilish bilan bogʻliq boʻlmagan ferro va antiferromagnit yarim oʻtkazgichlarning katta magnit qarshiligi (KMQ) bilan adashtirib yuboriladi.

 Matematik formula 
Magnetor qarshilik – namunaning elektr qarshiligining tashqi magnit maydon kattaligiga bogʻliqligi. Bu qiymat bilan raqamli xarakterlanadi.

 

Bu yerda  – magnit maydon boʻlmaganda namunaning qarshiligi va  esa – kuchlanganlikdagi magnit maydonidagi uning qarshiligidir. Amalda, ifoda belgisida farq qiluvchi va elektr qarshiligidan foydalanadigan muqobil yozuv shakllari ham qoʻllaniladi. Baʼzan ular qarshilik oʻzgarishining nol maydonidagi qiymatiga nisbatidan foydalanadilar.

„Ulkan magnit qarshilik“ atamasi kattalikni koʻrsatadi koʻp qatlamli tuzilmalar uchun anizotrop magnit qarshilikdan sezilarli darajada oshadi, odatda bir necha foizdan oshmaydi.

 Kashfiyot tarixi 
thumb|320px|right|GMS, Albert Fert va Piter Grünberg natijalari (1988): 4,2 K haroratda Fe / Cr super panjaralarining qarshiligining oʻzgarishi H kuchining tashqi magnit maydoni qoʻllanilganda tashqi maydon va oqim oʻq boʻylab yoʻnaltiriladi 110. Oʻngdagi oʻq erishilgan eng katta foiz oʻzgarishini koʻrsatadi. Hs Hs – toʻyinganlik maydoniSxema magnit gisterezis mavjudligini aks ettirmaydi, chunki uning sirtmogʻining shakli oʻta toʻrda magnitsiz qatlamning qalinligiga sezilarli darajada bogʻliq. Fert tajribalarida toʻyinish maydoni taxminan 4 kGs va qoldiq magnitlanish toʻyinish magnitlanishining taxminan 60% ni tashkil qiladigan yaxshi ifodalangan gisterezis, magnitsiz qatlam qalinligida kuzatildi Lekin kamayganda eng katta erishilgan GMS ga mos keladigan 0,9 nm qiymatgacha, sirtmoq 20 kGs toʻyinish maydoni va kichik qoldiq magnitlanish bilan tor choʻzilgan shaklgacha qisqartirildi. (Yana qarang: ). GMS taʼisiri eksperimental ravishda 1988-yilda bir-biridan mustaqil ravishda ikkita ilmiy guruh tomonidan kashf etilgan: Albert Fert va Piter Grünberg laboratoriyalari. Ushbu kashfiyotning amaliy ahamiyati 2007-yilda Fert va Grünbergga fizika boʻyicha Nobel mukofoti berilishi bilan qayd etildi.

 Dastlabki davr 
Spin mavjudligi sababli materiallarning magnitlanishining ulardagi oqim tashuvchilarning harakatchanligiga taʼsirini tavsiflovchi birinchi matematik modellar 1936-yilda paydo boʻlgan. Qarshilikning magnit maydonga bogʻliqligi taʼsirini kuchaytirish (yaʼni, ), potentsialini koʻrsatadigan eksperimental faktlar 1960-yillardan beri maʼlum edi. 1980-yillarning oxiriga kelib, fiziklar anizotrop magnit qarshilikni yaxshi oʻrganib chiqishgan edi, biroq bu effekt uchun kattaligi bir necha foizdan oshmadi. ni oshirish usullarini amaliy oʻrganish molekulyar nur epitaksiyasi kabi usullarning paydo boʻlishi bilan imkoniyat yaratildi. Bu usullar qalinligi bir necha nanometr boʻlgan yupqa koʻp qatlamli plyonkalarni tayyorlash imkonini beradi.

 Tajriba va uni tushuntirish 
Fert va Grünberg ferromagnit va noferromagnit materiallarni oʻz ichiga olgan tuzilmalarning elektr qarshiligi bilan bogʻliq hodisalarni tadqiq qildilar. Xususan, Fert koʻp qatlamli plyonkalarning oʻtkazuvchanligini oʻrgangan boʻlsa, Grünberg 1986-yilda Fe/Cr plyonkalarida antiferromagnit xususiyatli almashinuv taʼsirini kashf etdi.

Effektning kashfiyoti eʼlon qilingan ishda (001) Fe/(001) Cr super panjaralarining magnit qarshiligi oʻrganildi. Ushbu tajribada temir va xrom qatlamlari 20° C atrofida substrat haroratida yuqori vakuumda (001) GaAs ning tanaga markazlashtirilgan kubik panjarasiga yotqizildi.

Temir qatlamlarining qalinligi 3 nm boʻlganida va ular orasidagi magnit boʻlmagan xrom qatlamining qalinligi 0,9 dan 3 nm gacha oʻzgarganda, super panjaradagi xrom qatlamlari qalinligining oshishi temir qatlamlari va temir qatlamlari orasidagi antiferromagnit birikmani zaiflashtirdi. demagnetizatsiya maydoni. Ikkinchisi ham haroratning 4,2 K dan xona haroratiga koʻtarilishi bilan kamaydi. Magnit boʻlmagan qatlamlarning qalinligining oʻzgarishi histerezis pastadiridagi qoldiq magnitlanishning sezilarli darajada pasayishiga olib keldi. Namuna qarshiligi 4,2 K da tashqi magnit maydonning kattaligiga kuchli bogʻliqligi (50% gacha oʻzgarish) koʻrsatildi. Fertning 1988-yilgi maqolasida yangi effekt anizotrop magnit qarshilik bilan solishtirganda uning muhim kattaligini taʼkidlash uchun ulkan magnit qarshilik deb nomlandi.

Kashfiyot mualliflari, shuningdek, taʼsir elektronlarning super panjaradagi spinga bogʻliq tarqalishiga (qatlamlar qarshiligining magnitlanishning nisbiy yoʻnalishiga va elektron spinlari yoʻnalishiga bogʻliqligiga) asoslanganligini ham taklif qilishdi. Keyingi bir necha yil ichida turli xil joriy yoʻnalishlar uchun GMSning nazariy tavsifi yaratildi. Qatlamlar boʻylab oqim yoʻnalishi (CIP geometriyasi deb ataladi, —tekislik ichidagi oqim) klassik yaqinlashuvda 1989-yilda R.Kemli tomonidan oʻrganilgan, va kvantda – 1990-yilda P. Levy. Qatlamlarga perpendikulyar yoʻnaltirilgan oqim uchun GMS nazariyasi (CPP geometriyasi,  – tekislikka perpendikulyar oqim), Jek-Fert nazariyasi sifatida tanilgan, 1993-yilda nashr etilgan. , CPP geometriyasi amaliy qiziqish uygʻotadi, 1994-yilda birinchi marta R. Rothmeier tomonidan taklif qilingan unga asoslangan sensorlar CIP asosidagi sensorlarga qaraganda koʻproq sezgirlikni namoyish etadi.

 Nazariya 

 Asosiy qoidalar 

 Spinga bogʻliq sochilish 
thumb|right|300px|Magnit va magnit boʻlmagan metallardagi elektron holatlarning zichligi. 1 Uchta mustaqil qatlamning tuzilishi: ikkita ferromagnit va bitta magnit boʻlmagan (strelkalar magnitlanish yoʻnalishini koʻrsatadi). 2 Strukturadagi har bir qatlam uchun mos ravishda har xil spin yoʻnalishlariga ega boʻlgan elektronlar uchun elektron holatlarning zichligini ajratish (strelkalar spin yoʻnalishini koʻrsatadi). F Fermi darajasi. Eslatma: magnit momentining yoʻnalishi Fermi darajasidagi umumiy spinga qarama-qarshidir. Namunaning elektr qarshiligi koʻplab omillarga bogʻliq boʻlib, ular orasida magnit tartibli materiallarda kristalning magnit pastki panjarasiga elektronlarning tarqalishi, yaʼni kristallografik jihatdan ekvivalent boʻlmagan atomlar toʻplami muhim rol oʻynaydi. oʻz kristall panjarasini tashkil etuvchi nol atom magnit momenti. Tarqalishi atomlarning magnit momentlariga nisbatan elektron spinining yoʻnalishiga bogʻliq. Odatda oʻtkazuvchanlik elektronlari magnit momenti spiniga parallel yoʻnalishga ega boʻlgan atomlar bilan minimal darajada, agar ular antiparallel boʻlsa, maksimal darajada oʻzaro taʼsir qiladi deb taxmin qilinadi. Oʻzaro taʼsir paramagnit holatda ham kuchli boʻladi, bunda atomlarning magnit momentlari magnitlanishning belgilangan yoʻnalishisiz tasodifiy yoʻnaltiriladi.

Oltin yoki mis kabi yaxshi oʻtkazgichlar uchun Fermi darajasi sp bandining ichida va d bandi toʻliq toʻldirilgan. Ferromagnitlarda boshqacha holat kuzatiladi. Ularda elektronlarning atomlar bilan oʻzaro taʼsirining ularning spinlari yoʻnalishiga bogʻliqligi magnit xususiyatlar uchun mas’ul boʻlgan bandning bandligi bilan bogʻliq (temir, nikel yoki kobalt kabi ferromagnit metallar uchun 3d). Ferromagnitlarning d diapazoni boʻlinadi, chunki u spinlari „yuqoriga“ va „pastga“ yoʻnaltirilgan turli xil elektronlarni oʻz ichiga oladi. Qarama-qarshi yoʻnalishda yoʻnaltirilgan aylanishlar uchun Fermi darajasidagi elektron holatlar zichligidagi farqning sababi shu. Bu yerda ular elektron spinlarning koʻpchilik boʻlmagan yoʻnalishi haqida gapirishadi d zonasining kamroq toʻldirilgan qismi uchun (masalan, aylanishlar pastga yoʻnaltirilgan) va asosan uning ikkinchi qismi uchun , toʻliq toʻldirilgan boʻlib chiqadi (orqa tomonlari yuqoriga ishora qiladi). Asosiy aylanish yoʻnalishi uchun Fermi darajasi sp bandining ichida boʻlib, ularning ferromagnitdagi harakati magnit boʻlmagan metalldagi elektronlarning harakatiga oʻxshaydi. Elektron spinlarining koʻp boʻlmagan yoʻnalishi uchun sp- va d-tasmalar gibridlangan boʻlib chiqadi va Fermi darajasi d diapazoni ichida joylashgan. Spd ferromagnitlarining gibridlangan zonasi yuqori zichlikdagi holatlar bilan tavsiflanadi, bu oʻrtacha erkin yoʻlning pasayishi sifatida namoyon boʻladi zonalari asosiyga nisbatan kichik aylanish yoʻnalishi boʻlgan elektronlar. Kobalt bilan qotishma nikelda, nisbat (qarama-qarshi spin yoʻnalishli elektronlar uchun) xrom bilan qoʻshilganda 20 ga koʻtarilishi yoki 0,3 gacha kamayishi mumkin.

Drude nazariyasiga koʻra, oʻtkazuvchanlik oʻrtacha erkin yoʻl va bilimga mutanosibdir joriy tashuvchilarning ushbu ikki guruhi uchun oʻtkazuvchanlik nisbatini baholashga imkon beradi. Yupqa metall plyonkalardagi elektronlarning oʻrtacha erkin yoʻlining odatiy qiymati bir necha birlikdan bir necha oʻnlab nanometrlar oraligʻida joylashgan. Elektron spinning gevşeme uzunligi deb ataladigan (shuningdek, spin diffuziya uzunligi deb ataladi) aylanish yoʻnalishini „eslab qoladi“, bu oʻrtacha erkin yoʻldan sezilarli darajada oshib ketishi mumkin. Spin-polyarizatsiyalangan elektronlarni tashish samaradorligini aniqlaydi. Elektr qarshiligining oqim tashuvchisi spinining yoʻnalishiga bogʻliqligi kuzatilganda, biz spinga bogʻliq elektron tarqalishi haqida gapiramiz. Ferromagnitlarda spinga bogʻliq sochilish oʻtkazuvchanlik elektronlarining boʻlinmagan 4s va boʻlingan 3D diapazonlari oʻrtasida oʻtishlari paytida sodir boʻladi.

Spinlari va magnit momentlari antiparallel boʻlgan elektronlar va atomlar oʻrtasidagi oʻzaro taʼsir kuchsizroq boʻlgan materiallar mavjud. Ikkala turdagi materiallarni birlashtirib, teskari GMS taʼisirini olish mumkin. Shuning uchun, oʻziga xos oʻzaro taʼsir mexanizmi asosiy boʻlmagan hollarda, yondashuvning umumiyligini saqlab qolish uchun biz elektron holatlarning yuqori va pastki zichligiga mos keladigan asosiy va kichik spin yoʻnalishlari boʻlgan elektronlar uchun oʻtkazuvchanlik haqida gapiramiz. Ushbu ikki guruh elektronlar uchun oʻtkazuvchanlik yoki qarshilik oʻrtasidagi munosabatni aniqlash fenomenologik nazariyani yaratish uchun etarli.

 CIP va CPP ulanish geometriyasi 
thumb|left|300px|Oʻqish boshidagi CIP (chapda) va CPP (oʻngda) geometriyalarida spin klapanlarini joylashtirish sxemalari. Qizil rang sensorga oqim beriladigan oʻtkazgichlarni, yashil va sariq sensordagi ferromagnit va magnit boʻlmagan qatlamlarni bildiradi. V – potentsial farqning qoʻllanilishi. Magnit super panjarani elektr zanjiriga ikki usulda kiritish mumkin. CIP deb ataladigan geometriya bilan (tekislikdagi oqim), Elektr toki super panjara qatlamlari boʻylab tarqaladi va elektrodlar butun strukturaning bir tomonida joylashgan. CPP geometriyasi bilan (tekislikka perpendikulyar oqim) oqim super panjara qatlamlariga perpendikulyar tarqaladi va elektrodlar qarama-qarshi tomonlarda joylashgan. CPP geometriyasi kattaroq GMR qiymatlari bilan tavsiflanadi (CIP bilan solishtirganda ikki baravar koʻp), lekin u ham texnik amalga oshirishda katta qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi.

 Magnit super panjara orqali oqim oʻtishi 
thumb|right|300px|GMS taʼisiriga asoslangan aylanish klapan (FSR va ASR tuzilmalari). FM – ferromagnit qatlam (strelkalar magnitlanish yoʻnalishini koʻrsatadi), NM – magnit boʻlmagan qatlam. Spin-up yoʻnalishi boʻlgan elektronlar valfdan oʻtayotganda turlicha tarqaladi, buning natijasida ularning tarqalish darajasi va klapan qarshiligining ekvivalent davri oʻzgaradi. Qatlamlar orasidagi ferromagnit (FSR) va antiferromagnitik (AFM) oʻzaro taʼsiri boʻlgan super panjaralarda magnit tartibning xarakteristikalari farqlanadi. Birinchisida, qoʻllaniladigan maydon yoʻqligida turli ferromagnit qatlamlarda magnitlanish yoʻnalishlari bir xil, ikkinchisida qarama-qarshi yoʻnalishlar almashinadi. FSR orqali tarqalayotganda, panjara magnitlanishiga nisbatan spin antiparallel yoʻnalishi boʻlgan elektronlar deyarli tarqalmaydi va qatlamlarning magnitlanishi bilan birgalikda yoʻnaltirilgan spinli elektronlar tarqalishni boshdan kechiradi.. ASR orqali oʻtayotganda spinning har qanday yoʻnalishi boʻlgan elektronlar tarqaladi: har bir alohida tanlangan elektron uchun tarqalish harakatlari uning spiniga koʻproq yoʻnaltirilgan magnitlangan qatlamdan oʻtganda sodir boʻladi. Namuna qarshiligi tarqalish hodisalari soni bilan ortib borayotganligi sababli, ASR qarshiligi FSR dan yuqori boʻladi.

GMR taʼisiridan foydalanadigan qurilmalarni qurish uchun qatlamlarning parallel yoki antiparallel magnitlanishiga ega boʻlgan holatlar oʻrtasida panjara holatini dinamik ravishda almashtirish imkoniyatiga ega boʻlish kerak. Birinchi taxminga koʻra, magnit boʻlmagan qatlam bilan ajratilgan ikkita ferromagnit qatlamning oʻzaro taʼsirining quvvat zichligi ularning magnitlanishining skalyar koʻpaytmasiga proporsionaldir:

 

Koeffitsientning bogʻliqligi magnit boʻlmagan qatlamning qalinligi boʻyicha tebranish funksiyasi bilan tavsiflanadi. Shunung uchun kattalikni ham, belgini ham oʻzgartirishi mumkin. Agar tanlasangiz Asosiy holat antiparallel holat boʻladigan tarzda, tashqi maydon taʼsirida super panjaraning antiparallel holatdan (yuqori qarshilik) parallel holatga (past qarshilik) oʻtishi sodir boʻladi. Strukturaning umumiy qarshiligi sifatida ifodalanishi mumkin

 

bu yerda  – FSR qarshiligi,  – GMS oʻsishi,  – qoʻshni qatlamlarning magnitlanishi orasidagi burchak.

 Matematik tavsif 
Hodisani matematik tarzda rasmiylashtirish uchun qarshiligi mos ravishda minimal yoki maksimal boʻlgan elektronlarning oʻtkazuvchanligiga mos keladigan elektr oʻtkazuvchanligining ikkita spin kanali kiritiladi.

Ular orasidagi munosabatlar koʻpincha spin anizotropiya koeffitsienti nuqtai nazaridan aniqlanadi , bu minimal va maksimal elektr qarshiligini aniqlash orqali kiritilishi mumkin shaklida spin-polarizatsiyalangan oqim uchun

 

bu yerda  – ferromagnitning oʻrtacha qarshiligi.

 CIP va CPP tuzilmalari uchun qarshilik modeli 
Ferromagnit va magnit boʻlmagan metallar orasidagi chegarada oqim tashuvchilarning tarqalishi kichik boʻlgan va elektron spinlarning yoʻnalishi ancha uzoq vaqt saqlanib qolgan sharoitlarda namunaning qarshiligi boʻlgan modelni koʻrib chiqish qulay. magnit va magnit boʻlmagan qatlamlarning qarshiliklari bilan alohida aniqlanadi.

Strukturaning qatlamlarida magnitlanishga nisbatan turli xil spin yoʻnalishlariga ega boʻlgan elektronlar uchun ikkita oʻtkazuvchanlik kanalining mavjudligi GMS strukturasining ekvivalent sxemasi kanallarning har biriga mos keladigan ikkita parallel ulanishdan iborat boʻlishini anglatadi. Bunday holda, magnit qarshilik ifodasi shaklni oladi

 

bu yerda R indekslari qatlamlarda magnitlanishning birgalikdagi va qarama-qarshi yoʻnalishini koʻrsatadi,  – magnit boʻlmagan va magnit metallarning qalinligi nisbati,  – magnit boʻlmagan metallning qarshiligi. Bu ifoda CIP va CPP tuzilmalariga tegishli. Shart bajarilganda bu bogʻliqlikni spin assimetriya koeffitsienti orqali oddiyroq shaklda qayta yozish mumkin:

 

Har xil spin yoʻnalishlariga ega boʻlgan elektronlar uchun qarshiligi har xil boʻlgan bunday qurilma odatda spin klapan deb ataladi. Agar uning qatlamlaridagi magnitlanishlar parallel yoʻnaltirilgan boʻlsa, u ochiq, aks holda yopiq deyiladi.

 Valet-Ferta modeli 
1993-yilda Thierry Valet va Albert Fert Boltzmann tenglamalariga asoslangan CPP geometriyasi uchun ulkan magnit qarshilik modelini nashr etdilar. Nazariyaning mohiyati kimyoviy potentsialni magnit qatlam ichida spinlari parallel va undagi magnitlanishga antiparallel boʻlgan elektronlarga mos keladigan ikki funktsiyaga boʻlinishini koʻrib chiqishdan iborat. Agar magnit boʻlmagan materialning qalinligi etarlicha kichik deb hisoblasak, u holda E0 tashqi maydonda elektrokimyoviy potentsialga va namuna ichidagi maydonga tuzatishlar shaklga ega boʻladi.
 
 

bu yerda ls – oʻrtacha aylanish boʻshashish uzunligi va koordinata magnit va magnit boʻlmagan qatlamlar orasidagi chegaradan oʻlchanadi ( ferromagnitga mos keladi). Bundan kelib chiqadiki, ferromagnit chegarasida kimyoviy potentsial katta boʻlgan elektronlar toʻplanadi, Spin toʻplanish potentsiali VAS yoki interfeys qarshiligi (ferromagnit-magnit boʻlmagan material interfeysiga xos) koʻrinishida ifodalanishi mumkin.

 

bu yerda j – namunadagi oqim zichligi, lsN va lsF – mos ravishda magnit boʻlmagan va magnit boʻlmagan materiallarda spin boʻshashish uzunliklari.

 Olish usullari 

 Materiallar va tajriba maʼlumotlari 
Siz ulkan magnit qarshilik taʼsiriga ega boʻlgan juda koʻp moddalar kombinatsiyasini tanlashingiz mumkin. Koʻp ishlatiladigan va keng tadqiq qilinganlardan baʼzilari quyidagilardir:

 FeCr 
 Co10Cu90: xona haroratida
 110Co95Fe5/Cu: xona haroratida.
Magnit qarshilikning kattaligi qurilmaning geometriyasi (CIP yoki CPP), namuna harorati va ferromagnit va magnit boʻlmagan materiallar qatlamlarining qalinligi kabi koʻplab parametrlarga bogʻliq. 4,2 K haroratda va 1,5 nm kobalt qatlamining qattiq qalinligida mis qatlami qalinligining oʻzgarishi. 1 dan 10 nm gacha keskin pasayishiga olib keldi CIP geometriyasida 80 dan 10% gacha. Biroq, CPP geometriyasi bilan dCu = 2,5 nm da maksimal 125% taʼsirga erishildi. Kattalashtirish; koʻpaytirish 10 nm gacha pasayishiga olib keldi 60% gacha. Giyohvandlik tebranish xususiyatiga ega edi.

Qalinligi mos ravishda 1,2 va 1,1 nm boʻlgan kobalt va mis qatlamlaridan yasalgan super panjara, haroratni mutlaq noldan 300 K gacha oʻzgartirganda, CIP geometriyasida taʼsir kattaligining 40 dan 20% gacha pasayishini koʻrsatdi va CPP geometriyasida 100 dan 55% gacha.

Metall boʻlmagan, magnit boʻlmagan qatlamlarga ega boʻlgan spin klapanlari boʻyicha tadqiqotlar mavjud. Xususan, 11 K da organik qatlamlar uchun 40% gacha boʻlgan ulkan salbiy magnit qarshilik qayd etilgan. Turli dizayndagi grafendagi aylanish klapanlari 7 K da 12% va 300 K da 10% GMR koʻrsatdi. Biroq, nazariy hisob-kitoblar taʼsirning yuqori chegarasini 109 % gacha koʻrsatmoqda.

Taʼsir kobalt kabi metallardan yasalgan elektr tokining oʻtishi paytida elektronlarning spinlarini polarizatsiya qiluvchi spin filtrlaridan foydalanish orqali kuchayadi. Filtr qalinligi uchun elektron bilan oʻrtacha erkin yoʻl oʻtkazuvchanlikning oʻzgarishi kuzatildi , deb yozilishi mumkin

 

Bu yerda  – filtrsiz aylanish klapanining oʻtkazuvchanligini oʻzgartirish,  – Filtrni ishlatganda oʻtkazuvchanlikning maksimal ortishi,  – filtr materiali parametri.

 HMR 
Tasniflash koʻpincha GMR taʼisiri oʻzini namoyon qiladigan qurilmalar ga qarab amalga oshiriladi.

 Plyonkalardagi GMRlar 

 Antiferromagnit super panjaralar 
Plyonkalardagi GMR taʼisiri birinchi marta Fert va Gryunberg tomonidan ferromagnit va magnit boʻlmagan qatlamlardan tashkil topgan super panjaralarni oʻrganishda kuzatilgan. Magnit boʻlmagan qatlamning qalinligi shunday tanlanganki, qatlamlar orasidagi oʻzaro taʼsir antiferromagnit boʻladi va natijada asosiy holat qoʻshni magnit qatlamlarda magnitlanishlarning antiparallel yoʻnalishi hisoblanadi. Keyinchalik, tashqi taʼsir ostida, masalan, magnit maydon, turli qatlamlardagi magnitlanish vektorlarining yoʻnalishi parallel ravishda oʻzgartirilishi mumkin. Bu strukturaning elektr qarshiligining sezilarli oʻzgarishi bilan birga keladi.

Bunday tuzilmalarda magnit qatlamlarning oʻzaro taʼsiri antiferromagnit juftlik deb ataladigan narsa orqali sodir boʻladi. Uning oqibati GMR koeffitsientining magnit boʻlmagan qatlam qalinligiga tebranuvchi bogʻliqligidir. Antiferromagnit super panjaralardan foydalangan holda birinchi magnit maydon sensorlarida ularda ishlatiladigan xrom va temir (kobalt) plyonkalari oʻrtasidagi kuchli antiferromagnit oʻzaro taʼsir, shuningdek kuchli anizotropiya tufayli toʻyinganlik maydoni juda katta edi (oʻn minglab erstedgacha). ulardagi maydonlar. Shuning uchun bunday qurilmalarning sezgirligi juda past edi. Keyinchalik ular permalloy (magnit qatlamlarda) va kumushdan (magnit boʻlmagan qatlamlarda) foydalanishni boshladilar, bu esa toʻyinganlik maydonini oʻnlab erstedlarga qisqartirdi.

 Almashinuv siljishidagi spin klapanlari 
Eng muvaffaqiyatli konfiguratsiya ayirboshlash klapanlari boʻlib chiqdi, ularda GMR taʼisiri almashinuvning notoʻgʻriligi natijasida paydo boʻladi. Ular sensorli qatlam, interlayer, „qatʼiy“ qatlam va antiferromagnit yoʻnaltirilgan mahkamlash qatlamidan iborat. Ularning oxirgisi „sobit“ qatlamda magnitlanish yoʻnalishini tuzatishga xizmat qiladi. Barcha qatlamlar, mahkamlashdan tashqari, strukturaning past qarshiligini taʼminlash uchun etarlicha nozik. Tashqi magnit maydonga reaktsiya sensorli qatlamning magnitlanish yoʻnalishini „qatʼiy“ga nisbatan oʻzgartirishdan iborat.

Bunday spin klapanlari va boshqa koʻp qatlamli GMS qurilmalari oʻrtasidagi asosiy farq – bu magnit qatlamlar orasidagi qatlamning dN qalinligiga taʼsir amplitudasining monotonik bogʻliqligi, bu fenomenologik bogʻliqlik sifatida ifodalanishi mumkin.

 

bu yerda  – baʼzi normalizatsiya koeffitsienti GMS,  – elektron magnit boʻlmagan materialdagi oʻrtacha erkin yoʻl, d0 – boshqa strukturaviy elementlarning koʻprigini hisobga olgan holda samarali qalinligi. Xuddi shunday ifodani ferromagnit qatlam qalinligiga bogʻliqlik uchun ham keltirish mumkin:

 

Formula parametrlarining maʼnosi avvalgi bogʻliqlik bilan bir xil, ammo hozir ishlatiladigan ferromagnit uchun.

 Bogʻlanishsiz koʻp qatlamli tuzilmalar (psevdospin klapanlar) 
GMR taʼisiri antiferromagnit qatlam juftligi boʻlmaganda ham kuzatilishi mumkin. Bunday holda, magnetoresistensiya majburlash kuchlarining farqlari tufayli yuzaga keladi (masalan, permalloy uchun pastroq va kobalt uchun yuqori). Permalloy / mis / kobalt / mis tipidagi koʻp qatlamli tuzilmalarda tashqi magnit maydon qatlamlarda toʻyingan magnitlanishning turli yoʻnalishlari oʻrtasida almashinishga olib keladi (yuqori maydonlarda parallel va past maydonlarda antiparallel). Bunday tizimlar kichikroq toʻyinganlik maydoni va kattaroqligi bilan tavsiflanadi antiferromagnit bogʻlanishli super panjaralardan koʻra. Xuddi shunday taʼsir kobalt va mis tuzilmalarida ham kuzatiladi. Aslida, bunday tuzilmalarning mavjudligi GMRni kuzatish uchun zarur shart qatlamlar orasidagi bogʻlanishning mavjudligi emas, balki tashqi maydon tomonidan boshqarilishi mumkin boʻlgan strukturadagi magnit momentning maʼlum bir taqsimlanishidir.

 GMRning teskari taʼsiri 
Teskari taʼsir holatida minimal qarshilik super panjara qatlamlarida magnitlanish antiparallel boʻlganda kuzatiladi. Teskari GMR taʼisiri magnit qatlamlar turli materiallardan, masalan, NiCr/Cu/Co/Cudan iborat boʻlsa kuzatiladi. Spin yoʻnalishlari qarama-qarshi boʻlgan elektronlar uchun qatlam qarshiligini shaklda yozsak , keyin nikel-xrom va kobalt qatlamlari uchun spin assimetriya koeffitsientining belgilari boshqacha boʻladi. NiCr qatlamining etarlicha qalinligi bilan uning hissasi kobalt qatlamining hissasidan oshib ketadi, bu esa teskari taʼsirni kuzatishga olib keladi. Taʼsirning inversiyasi faqat koeffitsientlar mahsulotining belgisiga bogʻliq boʻlgani uchun Qoʻshni ferromagnit qatlamlarda, ularning belgilaridan alohida emas, elektron spinlarning atomlarning magnit momentlari bilan oʻzaro taʼsirining oʻziga xos mexanizmidan mavhumlash uchun, baʼzida mualliflar belgini aniqlaydilar. , bu keyingi taqdimotda hisobga olinadi.

Maʼlumki, vanadiy bilan qoʻshilgan nikel nikel-xrom qatlamiga oʻxshash xususiyatlarga ega boʻladi, temir, kobalt, marganets, oltin yoki mis bilan doping esa yuqorida muhokama qilingan tuzilishda teskari taʼsirning kuzatilishiga olib kelmaydi.

 Donador tuzilmalardagi GMR 
Ferromagnit va magnit boʻlmagan metallarning donador qotishmalarida (oʻnlab nanometrgacha) GMS 1992-yilda kashf etilgan va keyinchalik granulalarning yuzasida va asosiy qismida oqim tashuvchilarning spinga bogʻliq tarqalishi bilan izohlangan. Granulalar magnit boʻlmagan metall bilan oʻralgan, odatda diametri taxminan 10 nm boʻlgan ferromagnit klasterlarni hosil qiladi, ularni samarali plyonkali super panjara sifatida taʼriflash mumkin. Bunday qotishmalarning materiallari uchun zaruriy shart – bu tarkibiy qismlarning (masalan, kobalt va mis) oʻzaro eruvchanligi. Bunday tuzilmalarning xususiyatlariga tavlanish vaqti va harorati kuchli taʼsir qiladi: salbiy GMR olinishi mumkin, bu harorat oshishi bilan ortadi.

 Qoʻllanilishi 

 Spin klapanlaridagi sensorlar 

 Umumiy chizmasi 
thumb|300px|right|Piter Grünberg tomonidan ishlab chiqilgan GMR sensorining nusxasi GMRni qoʻllashning asosiy yoʻnalishlaridan biri oʻlchash texnologiyasidir: Effekt asosida turli maqsadlar uchun magnit maydon sensorlari yaratildi (qattiq disklarning oʻqish boshlarida, bu yerda magnit maydonning yoʻnalishi bir oz maʼlumotni saqlaydigan hujayrada aniqlanadi, biosensorlar, MEMSdagi tebranishlarni aniqlash va oʻlchash vositalari va boshqalar) GMS taʼisiridan foydalanadigan odatiy sensor etti qatlamdan iborat:

 Silikon substrat.
 Birlashtiruvchi qatlam.
 Sensorli (qattiq boʻlmagan, harakatlanuvchi) qatlam.
 Magnit boʻlmagan qatlam.
 Qatlamni mahkamlash.
 Antiferromagnit (qattiq) qatlam.
 Himoya qatlami.

Tantal koʻpincha bogʻlovchi va himoya qatlami sifatida ishlatiladi va mis magnit boʻlmagan qatlam sifatida xizmat qiladi. Sensor qatlamida magnitlanish tashqi magnit maydon tomonidan erkin yoʻnaltirilishi mumkin. U NiFe birikmasidan yoki kobalt qotishmalaridan tayyorlanadi. Antiferromagnit qatlam FeMn yoki NiMn plyonkalaridan iborat. Undagi magnitlanish yoʻnalishi qattiq magnit materialning mahkamlash qatlami bilan belgilanadi, masalan, kobalt. Bunday sensor ish maydoni diapazonida magnitlanish yoʻnalishini oʻrnatadigan qattiq magnit qatlam mavjudligi bilan bogʻliq boʻlgan assimetrik histerezis pastadir bilan tavsiflanadi.

Spin klapanlari, shuningdek, anizotrop magnit qarshilik koʻrsatadi, bu esa sezuvchanlik egri chizigʻida assimetriyaga olib keladi. Uni hisobga olgan holda, amalda kuzatilganiga juda mos keladigan magnit qarshilik qiymatini beradi.

 Qattiq magnit disklarda tadbiq etish 

Qattiq magnit disklarda (HDD) maʼlumotlar magnit domenlar yordamida kodlanadi, ulardagi magnitlanishning bir yoʻnalishi mantiqiy, qarama-qarshi yoʻnalish esa mantiqiy nol bilan belgilanadi. Uzunlamasına va perpendikulyar yozish usullari mavjud.

Uzunlamasına usulda domenlar plastinka tekisligida joylashgan, yaʼni ulardagi yoʻnalish sirtga parallel. Domenlar oʻrtasida doimo oʻtish hududi (domen devori) hosil boʻladi, uning hududida sirtda magnit maydon paydo boʻladi. Agar domen devori domenlarning ikkita shimoliy qutbi chegarasida shakllangan boʻlsa, u holda maydon tashqariga, janubiy qutblar tomonidan hosil qilingan boʻlsa, u holda ichkariga yoʻnaltiriladi. Domen devori ustidagi magnit maydon yoʻnalishini oʻqish uchun magnitlanish yoʻnalishi sensorning antiferromagnit qatlamida disk plitasining tekisligiga perpendikulyar va sensor qatlamida – unga parallel ravishda oʻrnatiladi. Tashqi magnit maydon yoʻnalishini oʻzgartirish sensor qatlamidagi magnitlanishni muvozanat holatidan yuqoriga yoki pastga ogʻdiradi. Burilish yoʻnalishi qattiq qatlamdagi yoʻnalishga toʻgʻri kelganda, sensorning elektr qarshiligi pasayadi va aksincha, turli yoʻnalishlarda qarshilik kuchayishi aniqlanadi. Shu tarzda, oʻqish boshi oʻtgan domenlarning nisbiy yoʻnalishi aniqlanadi.

Hozirgi vaqtda domenlarning vertikal joylashuvi keng qoʻllaniladi, bu gofret yuzasida bitlarning zichligini sezilarli darajada oshirishga imkon beradi. Bunday holda, domenning oʻzi tomonidan yaratilgan maydon yuzaga chiqadi.

 Magnit RAM 

thumb|300px|right|MRAMda aylanish klapanidan foydalanish. 1 Xotira xujayrasi sifatida aylanish klapan (strelkalar ferromagnit qatlamlar mavjudligini koʻrsatadi). 2 String chizigʻi. 3 Ustun qatori. Oʻqlari boʻlgan ellipslar qator va ustun chiziqlari atrofidagi magnit maydon chiziqlarini ifodalaydi, chunki ular orqali elektr toki oʻtadi. Magnitorezistiv tasodifiy kirish xotirasi hujayrasi (yacheykasi) (MRAM) spin valfidagi sensorga oʻxshash tuzilishdan iborat. Saqlangan bitning qiymati sensorli qatlamdagi magnitlanish yoʻnalishi boʻyicha kodlanishi mumkin, bu holda axborot tashuvchisi sifatida ishlaydi. Oʻqish strukturaning qarshiligini oʻlchash orqali sodir boʻladi. Ushbu texnologiyaning afzalliklari quvvat idan qatʼi nazarTaʼminot uzilganda bir bit maʼlumotni saqlaydigan yacheyka holatini saqlab qolish, strukturaning parallel va antiparallel holatlari orasida oʻtishda erkin (sensor) qatlamda magnitlanish yoʻnalishini qayta yoʻnaltirish uchun bartaraf etilishi kerak boʻlgan potensial toʻsiq mavjudligi tufayli mumkin (Yana qarang: )., kam quvvat isteʼmoli va yuqori ishlash.

Bir bit maʼlumotni saqlaydigan odatiy magnitorezistiv effektli xotira blokida CIP formatidagi GMS strukturasi bir-biriga perpendikulyar yoʻnaltirilgan ikkita oʻtkazgich orasiga joylashtiriladi. Ushbu oʻtkazgichlar qator va ustun chiziqlari deb ataladi. Chiziqlar orqali oʻtadigan elektr tokining impulslari GMS tuzilishiga taʼsir qiluvchi girdabli magnit maydon hosil qiladi. Maydon chiziqlarining kon shakli ellipslarga yaqin boʻlib, maydonning yoʻnalishi (soat yoʻnalishi boʻyicha yoki soat sohasi farqli ravishda) chiziq boʻylab oqim yoʻnalishi bilan belgilanadi. Bunday holda, GMS strukturasi ishlatiladi, uning ichidagi magnitlanish ip chizigʻi boʻylab yoʻnaltiriladi.

Shunday qilib, ustun chizigʻi tomonidan yaratilgan maydonning yoʻnalishi magnit momentlarga deyarli parallel ravishda yoʻnaltiriladi va ularni aylantira olmaydi. Ip chizigʻi ularga perpendikulyar maydon hosil qiladi va maydonning kattaligidan qatʼi nazar, magnitlanishni faqat 90° ga aylantirishi mumkin. Qatorlar va ustunlar chiziqlari boʻylab impulslarning bir vaqtning oʻzida oʻtishi bilan GMS strukturasi joylashgan joydagi umumiy magnit maydon baʼzi momentlarga nisbatan oʻtkir burchakka va boshqalarga nisbatan oʻtkir burchakka yoʻnaltiriladi. Agar maydon qiymati maʼlum bir kritik qiymatdan oshsa, ikkinchisi oʻz yoʻnalishini oʻzgartiradi.

Taʼriflangan hujayradan maʼlumotlarni saqlash va oʻqish uchun turli xil sxemalar qoʻllaniladi. Ulardan birida maʼlumotlar strukturaning harakatlanuvchi qatlamida saqlanadi. Keyin oʻqish operatsiyasi magnit maydon qoʻllanilganda strukturaning qarshiligi oʻzgarganligini aniqlaydi. Bunday holda, oʻqilgan bit oʻchiriladi va u yana katakchaga yozilishi kerak. Boshqa sxemada maʼlumot sobit qatlamda saqlanadi, bu oʻqish oqimlari bilan solishtirganda yuqori yozish oqimlarini talab qiladi.

Bugungi kunda, MRAM holatida, ulkan magnitorezistiv effekt tunnel taʼisiriga oʻrnini bosdi. Bunday tuzilmalar xotira xujayralari orasidagi adashgan oqimlarni oldini olish uchun valf elementlarini ham talab qiladi. Bunday valf elementi MOS tranzistori boʻlishi mumkin, uning drenajiga GMS tuzilishi, manbaga – topraklama va darvozaga – oʻqish uchun ishlatiladigan chiziqlardan biri.

 Boshqa qoʻllash usullari 
Elektr zanjirlarining ikkita galvanik izolyatsiyalangan qismi oʻrtasida kontaktsiz signal uzatish uchun magnit-rezistent izolyatorlar birinchi marta 1997-yilda optokupllarga muqobil sifatida yaxshi integratsiyalashuvi tufayli optokupllarga namoyish etilgan. Toʻrtta bir xil GMS qurilmalaridan iborat Wheatstone koʻprigi yagona magnit maydonga sezgir emas, faqat maydon yoʻnalishlari qoʻshni koʻprik oyoqlarida antiparallel boʻlganda javob beradi. 2003-yilda namoyish etilgan shunga oʻxshash qurilmalar chiziqli chastotali javobga ega boʻlgan oqim rektifikatorlari sifatida ishlatilishi mumkin. Bunday koʻprikning toʻrtta mustaqil oqimga (transpinor, ) umumlashtirilgan sxemasi 2002-yilda Xiongte Bai tomonidan yaratilgan va mantiqiy eshik sifatida ishlatilishi mumkin.

 Yana qarang 
 Spintronika
 Yarim metall ferromagnit
 RKKI – almashinuv oʻzaro taʼsiri
 Magnetor qarshilik
 Anizotrop magnit qarshilik
 Tunnel magnit qarshiligi

 Eslatmalar 
 Izohlar 

 

 

 Maqolalar 
 

 
 
 

 Kitob 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 Giant Magnetoresistance: The Really Big Idea Behind a Very Tiny Tool National High Magnetic Field Laboratory
 Presentation of GMR-technique (IBM Research) 

Turkum:Qattiq jismlar fizikasi
Turkum:Galvanomagnetik taʼsirlar
Turkum:Kvant elektronika
Turkum:Kvant hodisalari
Turkum:Magnetizm
Turkum:Spintronika
Turkum:Magnetoqarshilik
Turkum:Kompyuterni saqlash texnologiyalari
Turkum:Nanotexnologiya