Феромагнітний резонанс під дією електричного поля

Колективні спінові порушення у ферромагнетиках розглядають як перспективний спосіб для перемикання магнітного стану пристроїв спінтроніки та збудження спінових хвиль в магнонных пристроях. Однак традиційний спосіб збудження коливань з допомогою магнітного поля не дозволяє впливати на окремі елементи пам’яті, не зачіпаючи інших.

Локалізація впливу може бути досягнута за допомогою спін-поляризованого струму, однак необхідні для цього надвисокі щільності струму ~ 106А/см2 призводять до деградації елементів. Тому погляди розробників пристроїв спінтроніки все частіше звертаються в бік магнітоелектричних ефектів, які дозволяють керувати намагніченістю допомогою електричного поля. Однієї з різновидів магнітоелектричного ефекту є індуковане електричним полем зміна магнітної анізотропії. Цим принципом управління присвячені дві недавні роботи японських дослідників в журналах сімейства Nature [1,2].

Електричне вплив на намагніченість в спиновом вентилі:
а – під дією електричного імпульсу напруги анізотропія магнітної плівки змінюється від легкоплоскостной
(вектор намагніченості, показаний червоним, лежить в площині плівки) до легкоосной (вектор намагніченості, перпендикулярний площині плівки);
б – під дією гармонічного електричного сигналу збуджуються коливання намагніченості на резонансній частоті [2]
(жовтим показано ефективне магнітне поле анізотропії, породжене електричним полем,
синім – результуюче магнітне поле, навколо якого відбувається прецесія спінів).

 

У статті [1] з допомогою електричного поля впливають на багатошарову структуру типу “спиновый вентиль”, в якому намагніченість в одному шарі залишається фіксованою, а в іншому – перемикається зовнішнім впливом. Від відносної орієнтації намагниченностей в шарах залежить опір структури. Прикладаючи електричне поле близько 1 В (що створює в тонких шарах магнітного матеріалу напруженість у десятки мегавольт на сантиметр) авторам [1] вдавалося викликати зміну типу анізотропії від легкої до площини легкої осі, що призводило до прецесії магнітних моментів і перемиканню
елемента за час рівне півперіода прецесії – 0.4 нс. Характерна енергія перемикання становила близько 104 kBT (вимірювання вели при кімнатних температурах), що можна порівняти з кращими результатами для польових транзисторів.

На схожому принципі заснована дія пристрою, запропонованого в [2], однак збудження коливань здійснюється не імпульсом ступеневої електричного напруги, а гармонійним сигналом з частотою 1-10 ГГц, відповідної ферромагнитному резонансу, що дозволить заощадити енергію. Правда, поки характерні потужності, що поглинаються пристроєм, становлять чималі для пристроїв спінтроніки величини ~1 мкВт, але автори [2] стверджують, що цю величину можна знизити як мінімум на два порядки.

На закінчення відзначимо, що на схожому принципі електрично індукованої зміни магнітної анізотропії раніше пропонувалося створити підсилювач спінових хвиль (див. ПерсТ [3]).

А. П’ятаков

1. Y. Shiota et al, Nature Mater. 11, 39 (2012).

2. T. Nozaki et al, Nature Phys. 8, 491 (2012).

3. ПерсТ 17, вип. 3, с. 4 (2010).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *