«Исследование фотоиндуцированного магнетизма на примере ферромагнитного монокристалла с квантовыми точками.» - Дипломная работа

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6

1.1. Кристаллическая структура граната 6

1.2. Магнитные подрешетки и ферромагнетизм 9

1.3. Фотомагнетизм 14

1.4. Спинтроника 17

1.5. Полимеры с широкой запрещенной зоной 18

Глава 2. ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТА 24

2.1. Нанесение свободной полимерной пленки на подложку 24

2.2. Схема измерений и приборы 26

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 28

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31

ЛИТЕРАТУРА 32

ПУБЛИКАЦИИ 35

Введение

Ферриты как магнитные материалы были открытыми стали практически использоваться 30 с небольшим лет тому назад. С того времени и до сегодняшнего дня они и родственные им магнитные окислы являются предметом пристального внимания физиков, химиков, радиоинженеров, специалистов по микроэлектронике, автоматике и вычислительной технике.

Причинами такого глубокого и длительного интереса к указанным материалам являются:

1) исключительная их многочисленность;

2) поразительное разнообразие кристаллических и магнитных структур и химического состава;

3) специфичность, а зачастую уникальность их магнитных и некоторых других физических свойств.

Благодаря этим особенностям магнитные окислы, с одной стороны, представляют большую ценность для фундаментальных научных исследований, с другой стороны,— находят широчайшее практическое применение в самых различных областях.

Рассмотрим кратко важнейшие свойства ферритов, определяющие их уникальную роль в науке и технике. Подавляющее большинство магнитных окислов относится к ферримагнетикам, т. е. к веществам со сложной магнитной структурой, магнетизм которых представляет собой суммарный эффект, обусловленный многими различными по природе и характеру взаимодействиями. Полезные магнитные свойства веществ, сходные со свойствами классических ферромагнитных металлов и сплавов, сочетаются с весьма незначительной электропроводностью. Это позволяет весьма удовлетворительно объяснить основные черты поведения ферритов и других ферримагнетиков с помощью сравнительно простых модельных представлений. В то же время ввиду ничтожных потерь энергии на индукционные вихревые токи ферриты стали незаменимыми при использовании в сверхвысокочастотных устройствах.

Необходимо также иметь в виду, что благодаря сложности состава и структуры ферритов и магнитных окислов и большому разнообразию этих веществ удается варьировать их физические свойства в очень широких пределах с помощью сравнительно простых технологических приемов. Это открывает все новые и новые перспективы в отношении исследования и практического применения ферритов.

Легированный иттрий-железистый гранат обладает высокими диэлектрическими качествами. Тем не менее, в связи с возможностью перемещения зарядов по дефектам (наличием разрешенных уровней в запрещенной зоне) формально его можно отнести к магнитным полупроводникам. Поэтому к фотоиндуцированным явлениям в Y3Fe5O2 может быть применим (с поправками на очень низкую проводимость материала). Носители заряда осуществляют в магнитном кристалле косвенный обмен между магнитными ионами, стремясь установить ферромагнитное упорядочение при очень небольших концентрациях носителей. Чем выше локальная концентрация носителей, тем сильнее локальный ферромагнитный обмен и, следовательно, тем выше локальная намагниченность в ферромагнитном полупроводнике. Безусловно, для Y3Fe5O2 это проявляется как локальное нарушение намагниченности в окрестности примеси или дефекта. Варьируя параметры легирования, можно изменять фотомагнитный отклик образцов Y3Fe5O2 в широких пределах. Фотомагнитные явления в монокристаллических Y3Fe5O2 изучались ранее – как правило, для образцов, легированных кремнием. Изучение фотомагнитных эффектов для образцов, легированных другими примесями, проводилось не достаточно подробно . Цель данной работы – определение фотомагнитного отклика в монокристаллах Y3Fe5O2 в зависимости от типа легирующего элемента на основании фотоиндуцированного изменения магнитострикции.

Актуальность работы:

Иттрий-железистые гранаты и полимерные диэлектрики – основные функциональные материалы спинтроники. Исследование их магнитных свойств актуально и востребовано.

Цель работы:

Получение магниторезистивных эффектов в полимерной пленке на диэлектрической ферримагнитной подложке без инжекции носителей.

Задачи работы:

1. Получение свободной полимерной пленки, нанесение ее на гранат.

2. Индикация перемагничивания при помощи полимерной пленки.

3. Индикация перемагничивания светом при помощи полимерной пленки.

Выдержка из текста работы

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Рис. 11. временная зависимость тока через полимерную пленку в диэлектрическом состоянии на подложке ИЖГ(Ir). Изменение сигнала при одновременном выключении освещения (лампа накаливания 275 Вт, 30 см) и магнитного поля 370 мТл. Температура комнатная.

Сравнение шумов для разных состояний полимерной пленки, оценка, порядок величины (среднее значение). Методом измерения сопротивления структуры In/ПДФ/In было установлено, что заметное (практически на 50 %) изменение величины фонового тока, проходящего через полимер в диэлектрическом состоянии, происходит после одновременного исчезновения магнитного поля 370 мТл, ориентированного в «трудном» для монокристалла ИЖГ направлении в плоскости (110) и света мощностью 24 мВт/см2 (рис. 11). Контрольные эксперименты при замене подложки ИЖГ на медную не показали видимых изменений сигнала, как и выключение света без изменения магнитного поля. Резкое изменение магнитного поля без воздействия света дает небольшое изменение сигнала, практически незаметное на фоне больших шумов. Причинами изменения сопротивления полимерной пленки при резком перемагничивании подложки могут быть как поворот магнитного момента в подложке, так и изменение тангенциальных напряжений на интерфейсе ферримагнетик/полимер при резком перемагничивании (рис. 12,13).

Рис. 12. Индикация перемагничивания диэлектрической ферримагнитной подложки ИЖГ(Ir) при помощи пленки ПДФ. По оси ординат отложено напряжение на индикаторном резисторе 2000 Ом. Прямоугольник указывает на наличие освещения в отмеченном диапазоне.

Рис. 13. Индикация перемагничивания диэлектрической ферримагнитной подложки ИЖГ(Ir) при помощи пленки ПДФ. По оси ординат отложено напряжение на эталонном резисторе 2000 Ом. Прямоугольник указывает на наличие освещения в отмеченном диапазоне. Пунктиром отмечен уровень шума.

Причинами изменения сопротивления полимерной пленки при резком перемагничивании подложки могут быть как поворот магнитного момента в подложке, так и изменение тангенциальных напряжений на интерфейсе ферримагнетик/полимер при резком перемагничивании. В действительности, при подробном рассмотрении зависимости на участке 0-50 мТл наклона не просматривается (на рисунке х дана зависимость, очищенная от шумов).

Заключение

Различными способами показана возможность индикации магнитного (включая фотомагнитное) состояние подложки из ферримагнитного диэлектрика – монокристаллического иттрий-железистого граната.

Характер изменения величины транспорта заряда через полимерную пленку во внешнем магнитном поле связан именно с влиянием подложки. Это установлено благодаря контрольным экспериментам для полимерного слоя на подложке из неферромагнитной меди. Изменение химического потенциала подложки ИЖГ начинается в области ближнего парапроцесса (величина внешнего магнитного поля более 50 мТл). В этом случае к химическому потенциалу прибавляется слагаемое вида (-М/Н), где М – магнитный момент, Н – магнитное поле.

Воздействие света на монокристалл иттрий-железистого граната с примесью иридия при комнатной температуре подтверждено контрольными экспериментами по тензорезистовному измерению магнитострикции.

Таким образом, в результате настоящей работы сделан вывод, что именно пленка полидифениленфталида является индикатором магнитных и фотомагнитных изменений, происходящих в подложке.

Список литературы

1. А.Н. Лачинов, Н.В. Воробьева. Электроника тонких слоев широкозонных полимеров УФН, 2006, Т.176 № 12, С. 1249-1266.

2. Б.П. Захарченя, В.Л. Коренев. Интегрируя магнетизм в полупроводниковую электронику. УФН, 2005, Т 175, № 5, С.629-635.

3. Борисенко, В.Е., Воробьева, А.И., Уткина, Е.А. Наноэлектроника. – Москва, БИНОМ. – 2009. – 223 с.

4. Н.В. Воробьева, А.Н. Лачинов, Б.А. Логинов. Обнаружение гигантского магнетосопротивления в системе Fe/Ni – полимер – Сu Поверхность 2006, № 5, С. 22-24

5. А.Н. Лачинов, Н.В. Воробьева, А.А. Лачинов. Особенности гигантского магнитосопротивления в системе ферромагнетик-полимер. Письма в ЖЭТФ, 2006, Т. 84, № 11, С. 720-722.

6. А.N. Lachinov, N.V. Vorobieva, A.А. Lachinov. Giant magnetoresistance in the polymer-ferromagnetic system. Mol. Cryst. Liq. Cryst., vol. 467, pp. 135-142, 2007.

7. N.V. Vorob’eva, A.N. Lachinov, A.A. Lachinov and F.F. Garifullina. Magneto-resistance Peculiarities in Ferromagnetic-Polymer Structure. Solid State Phenomena Vols. 168-169 (2011) pp 329-332

8. Н.В. Воробьева, А.А. Лачинов, В. М. Корнилов. Эффекты гигантского инжекционного магнитосопротивления в системе никель-полимер. Нанотехнологии: наука и производство. № 1 (6) 2010 г., стр. 21-30.

9. А. Н. Лачинов, А. Ю. Жеребов, В.М. Корнилов, Письма в ЖЭТФ 52, 742 (1990)

10. А. Ю. Жеребов, А. Н Лачинов, В. М. Корнилов, Т. Г. Загуренко,.ЖЭТФ 129, 748 (2006)

11. А.Н. Лачинов, В.М. Корнилов, Т.Г. Загуренко, А. Ю. Жеребов. К вопросу о высокой проводимости несопряженных полимеров. ЖЭТФ, 2006, Т. 129 № 4, С. 728-734

12. С.В. Вонсовский. Магнетизм. М.: "Наука", 1971.

13. Б.С. Кернер, В.В. Осипов. Самоорганизация в активных распределенных средах. УФН, 1990, Т. 160, № 9, С. 2.

14. F. Holtzberg, A.F. Mayadas, W.A. Thompson, S. Molnar. US Patent №3972035, (1976)

15. С.А. Игнатенко, А.Л. Данилюк, В.Е. Борисенко. Осцилляции туннельного магнитосопротивления в структуре ферромагнетик/диэлектрик/ферромагнетик. ЖТФ, 2005, Т. 75, № 6, С. 8.

16. С.А. Игнатенко, В.Е. Борисенко. Спиновой фильтр на квантовом точечном контакте в разбавленном магнитном полупроводнике. ФТП, 2005, Т. 39, № 9, С. 1083.

17. Корнилов, В.М., Лачинов, А.Н. Электропроводность в системе металл-полимер-металл: роль граничных условий // ЖЭТФ – 1997. Т. 111. – Вып. 4. – С. 1513-1529.

18. Xie S.J., Ahn K.H., Smith D.L., Bishop A.R., Saxena A. Ground-state properties of ferromagnetic metal / conjugated polymer interfaces. // Phys. Rev. B. – 2003. – V.67. P. 125202 (7 p.).

19. Dedue V., Murgia M., Matacotta F., Taliani C., Barbanera S. Room temperature spin polarized injection in organic semiconductor // Solid State Comm. –2002. –V.122. –Pp.181-184.

20. Pham Nam Hai, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Stewart E. Barnes & Sadamichi Maekawa, Nature, 458, 489 (2009).

21. Н.В. Воробьева, А.Н. Лачинов, Jan Genoe, А.А. Лачинов, Б.А.Логинов, Нанотехника 15 – (2008) – 3.