340 likes | 556 Views
Spin depend electron transport: AMR, GMR. Lecture 2. Magnetorezystancja. Anizotropowa Magnetorezystancja AMR origin spin – orbit coupling ( 1960) Gigantyczna Magnetorezystancja GMR 1986 – oscillatory interlayer exchange coupling in Fe/Cr/Fe multilayers
E N D
Spin depend electron transport: AMR, GMR Lecture 2
Magnetorezystancja Anizotropowa Magnetorezystancja AMR origin spin – orbit coupling (1960) Gigantyczna Magnetorezystancja GMR 1986 – oscillatory interlayer exchange coupling in Fe/Cr/Fe multilayers P. Grünberg et al. Phys Rev.Lett. 57 (1986), 2442 1988 – GMR in Fe/Cr/Fe multilayers M. N. Baibich,..., A.Fert,.. et.al. Phys Rev.Lett. 61 (1988), 2472
Ohms law for galvanomagnetic effects m = M / |M| mx= sinq cosf my= sinq sinf mz= cosf, • magnetoresistivityDr = r- r
Galvanomagnetic effects in the plane of thin film • Longitudinal magnetoresistivity effect • Transversal magnetoresistivity effect
Angle dependence of the longitudinal magnetoresistivity U = R i U = Ri
Magnetic field dependence of the longitudinal magnetoresistivity effect (AMR) if i || Hq =f
I = const Ua magnetoresistance - - U U R R D R a p a p = = » % 5 100 U R R p p p Giant Magnetoresistivity - GMR I = const 10 nm Up ferromagnet nonferromagnet (Cu) ferromagnet
Below, structure of Fe film/ Cr wedge/ Fe whisker illustrating the Cr thickness dependence of Fe-Fe exchange. Above, SEMPA image of domain pattern generated from top Fe film. (J. Unguris et al., PRL 67(1991)140.)
M M I R small Spin depend conductivity I R large
Density of states in 3-d metals GMR due scattering into the empty quantum states above the Fermi level D(EF) For ferromagnetic 3d metals D(EF) D(EF)
Energy Energy Energia EF d d d s s s Spin Spin polarization of ferrmagnets Magnetization Density of states
Pseudo spin valve (PSV) M(H) & R(H) Two stages charactristics
Magnetic dots Co (4nm) Cu (3nm) NiFe (6nm)
0 1 Magnetic Random Access Memory (MRAM) ścieżka przewodząca antyferromagnetyk ferromagnetyki nieferromagnetyczna międzywarstwa 150 nm
Zastosowania pseudo-zaworów spinowych • Nieulotne pamięci magnetyczne o dostępie swobodnym (Magnetic Random Access Memory) • matryca złożona z komórek pamięciowych: elementów PSV • bit informacji reprezentowany poprzez wzajemną orientację wektorów namagnesowania warstw ferromagnetycznych twardej i miękkiej; • zapis poprzez przemagnesowanie silniejszym prądem; • odczyt poprzez detekcję zmiany rezystancji • informacja przechowywana jest po zaniku zasilania; • szybki zapis i odczyt, mały pobór mocy; • cykle zapisujące są nieniszczące; • odporność na promieniowanie jonizujące.
M(H) magnetization Spin-Valve (SV) R(H) magnetoresistance
Spin valve (SV) – M(H) & R(H) high magnetoresistance field sensitivity
Conclusions • GMR can only be observedif at latest two ferromagnetic layers are separated by non-magnetic metal layers • GMR has a maximum, if the magnetization vectors in adjacent • F-layers is antiparallel • CPP has a larger effect than CIP • GMR is a direct image of the magnetic hysteresis • GMR is much larger than AMR • GMR increases with decreasing temperature • GMR depends on the number of F/M interfaces • For the GMR effect it is not important how the antiparallel orientation of the magnetization vectors in adjacent ferromagnetic layers is achivied (exchange bias F/AF or exchange coupling SAF)