ПОЯСНЕННЯ ГІГАНТСЬКОГО МАГНІТНООПОРУ НА ОСНОВІ ЗОННОЇ ТЕОРІЇ

Роздільне існування двох груп носіїв провідності (s-, d- і гібридизовані 3d-електрони) зі спінами "вгору" і "вниз" дозволяє в першому наближенні думати, що існують два незалежних канали провідності для кожної орієнтації спіна. Густина сумарного струму є сумою j струму носіїв зі спином "вгору" і j_¯ струму носіїв зі спінами "вниз". Якщо струми j і j_¯ протікають через феромагнітне середовище з певним напрямком намагніченості, наприклад "вгору", то опори для першої й другої груп електронів будуть відрізнятися. Джерелом гігантського магнітоопору є механізм неоднакового розсіювання двох груп електронів, що відрізняються орієнтацією спінів стосовно напрямку намагніченості, яка розсіює електрони на магнітній структурі.

Для реалізації цього механізму необхідно, щоб середні довжини вільного пробігу l істотно відрізнялись для електронів з напрямками спінів "вгору" і "вниз". Така ситуація спостерігається в 3d-феромагнітних металах, де внаслідок обмінного розчеплення 3d⁺- і 3d^- -зон (див. рис. 1) виникають при E>E_F розходження в щільності незаповнених станів, на яких розсіюються електрони зі спинами "вгору" і "вниз", що й призводить до залежності швидкості розсіювання від напрямку спіна електронів. У результаті електрони зі спіном "вгору" незначно розсіюються. Навпаки, електрони зі спином "вниз" розсіюються сильніше. Центрами розсіяння, для цих електронів є магнітні неоднорідності, дефекти кристалічних граток, границі зерен, теплові коливання решітки (фонони). Відношення довжин вільного пробігу цих двох груп електронів у мультишарових структурах j/j_¯ ~ 5-10.

Розглянемо, наприклад, яким чином виникає гігантський магнітоопір магнітної мультишаровій структури, що складається з антипаралельно намагнічених магнітних шарів з шириною порядка 20A, які розділені немагнітними шарами (з Cu, Al, Cr та ін.) (див. рис. 2). При магнітному насичені в сильному полі H > H_s намагніченості магнітних шарів паралельні. Електрони зі спіном, паралельним намагніченості, слабко розсіюються у всіх шарах а, отже, створюють більшу частину електричного струму. Навпаки, електрони зі спіном, антипаралельним намагніченості, розсіюються сильно і мають менший по величині внесок в електричний струм. В результаті при H > H_s електричний опір мультишарової структури буде меншим на деяку величину щодо опору у випадку відсутності магнітного поля H = 0. Дійсно, у структурі з антипаралельною орієнтацією магнітних моментів слоїв електрони провідності обох груп зустрічають на своєму шляху під час руху слої як паралельно так і антипаралельно намагнічені, тому електрони при H=0 розсіюються то сильно, то слабо, перетинаючи послідовні магнітні шари. Відповідно, електричний опір буде більшим, ніж при H > H_s.

В останні роки було встановлено, що в мультишарах значний внесок у гігантський магнітоопір вносить також інтерференція електронних хвиль, відбитих від зовнішніх і внутрішніх границь інтерфейсів - поверхонь, що розділяють магнітні і немагнітні шари. Ці ефекти спостерігалися для двох геометрій: струм у площині шарів і струм перпендикулярний до площини шарів.

Гігантський магнітоопір осцилює з товщиною шарів внаслідок запирання електронів у стінках, утворених потенційними бар'єрами на інтерфейсах. Середня довжина вільного пробігу електронів в інтерфейсах стає також неоднаковою для різних орієнтацій спіна (наприклад, l~20A, l_¯~4A). Інтерфейси діють як спінові фільтри, що пропускають електрони провідності тільки з однією поляризацією. Особливо яскраво цей ефект проявляється на інтерфейсах мультишарів Fe/Cr і Co/Cu, що пояснюється резонансними станами в інтерфейсах. В останні роки інтенсивно розвивається теорія гігантського магнітоопору в мультишарах і гранульованих структурах.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ВИВЧЕННЯ ГІГАНТСЬКОГО МАГНІТООПОРУ	\|	КОЛОСАЛЬНИЙ МАГНІТООПІР ТА ПРИЧИНИ ЙОГО ВИНИКНЕННЯ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.019 сек.