ВПЛИВ РОЗПОДІЛУ Fe В ШАРІ FECR НА МАГНІТНУ ПОВЕДІНКУ КЮРІ ПЕРЕМИКАЧА Fe/Cr/FeCr/Cr/Fe

Олексій КОЗЛОВ

doi:10.32782/pet-2026-1-1

Автор(и)

Олексій КОЗЛОВ Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» https://orcid.org/0009-0007-4341-195X

DOI:

https://doi.org/10.32782/pet-2026-1-1

Ключові слова:

спінтроніка, структурні дефекти, магнітні багатошарові плівки

Анотація

Спінтроніка є одним із найперспективніших напрямів сучасної електроніки. Вона почалась з відкриття ефекту гігантського магнітоопору (ГМО) та відіграла важливу роль у розвитку систем запису, зберігання й відтворення інформації. З часом стало зрозуміло, що потенціал спінтроніки є значним: спінтронні пристрої можуть мати суттєві переваги у швидкодії, енергоефективності та мініатюризації порівняно з напівпровідниковими аналогами. В основі багатьох спінтронних пристроїв лежать магнітні багатошарові структури, що складаються з магнітних і немагнітних (товщиною декілька нанометрів) металевих шарів. Магнітні шари в таких структурах пов’язані непрямою обмінною взаємодією, носіями якої є електрони провідності. Величина та знак обмінної взаємодії визначають, як магнітні моменти сусідніх феромагнітних шарів, розділених немагнітним прошарком, будуть орієнтуватися один відносно іншого (паралельно чи антипаралельно), і залежать від структурних параметрів, серед яких виділяють товщину немагнітного прошарку. Проблема полягає в тому, що товщина прошарку задається під час виготовлення структури і не може змінюватися в процесі її роботи. Одним із варіантів розв’язання цієї проблеми є перемикачі Кюрі, які демонструють температурно-залежну обмінну взаємодію завдяки наявності розбавленого магнітного шару, розташованого всередині немагнітного прошарку. Структури Fe(2)/Cr(0.4)/FeCr(0.8)/Cr(0.4)/Fe(2) добре вивчені; для них продемонстровано зміну знаку обміну за рахунок нагрівання і, як наслідок, зміну магнітоопору. Це може бути зроблено шляхом зовнішнього нагрівання, або навіть за рахунок нагрівання Джоулевим теплом. У роботі досліджено вплив морфології розбавленого прошарку Fe₁₇.₅Cr₈₂.₅ на його магнітні властивості. Показано, що кластеризація прошарку призводить до зростання феромагнітного внеску, появи малої петлі гістерезису та залишкової намагніченості, яка поступово зменшується зі зростанням температури і спричиняє зміну температури фазового переходу всього прошарку Cr/FeCr/Cr. За подальшого підвищенням температури кластери переходять у суперпарамагнітний стан. Можна зробити висновок, що кластерні неоднорідності впливають на міжшарову обмінну взаємодію: при низьких температурах шляхом виникнення прямої феромагнітної взаємодії через феромагнітні кластери; при вищих температурах через внесок у непрямий обмін завдяки переходу кластерів до суперпарамагнітного стану, а також через зміщення точки переходу в парамагнітний стан усього прошарку Cr/FeCr/Cr.

Посилання

Bruno P. Theory of interlayer magnetic coupling. Physical Review B. 1995. Vol. 52, no. 1. P. 411–439. DOI: https://doi.org/10.1103/physrevb.52.411

Grünberg P. A. Nobel Lecture: From spin waves to giant magnetoresistance and beyond. Reviews of Modern Physics. 2008. Vol. 80, no. 4. P. 1531–1540. DOI: https://doi.org/10.1103/revmodphys.80.1531

Khalili Amiri P., Phatak C., Finocchio G. Prospects for Antiferromagnetic Spintronic Devices. Annual Review of Materials Research. 2024. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-080222-030535

Spintronics based random access memory: a review / S. Bhatti et al. Materials Today. 2017. Vol. 20, no. 9. P. 530–548. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mattod.2017.07.007

Apalkov D., Dieny B., Slaughter J. M. Magnetoresistive Random Access Memory. Proceedings of the IEEE. 2016. Vol. 104, no. 10. P. 1796–1830. DOI: https://doi.org/10.1109/jproc.2016.2590142

Opportunities and challenges for spintronics in the microelectronics industry / B. Dieny et al. Nature Electronics. 2020. Vol. 3, no. 8. P. 446–459. DOI: https://doi.org/10.1038/s41928-020-0461-5

Kasuya T. A Theory of Metallic Ferro- and Antiferromagnetism on Zener’s Model. Progress of Theoretical Physics. 1956. Vol. 16, no. 1. P. 45–57. DOI: https://doi.org/10.1143/ptp.16.45

Yosida K. Magnetic Properties of Cu-Mn Alloys. Physical Review. 1957. Vol. 106, no. 5. P. 893–898. DOI: https://doi.org/10.1103/physrev.106.893

Ruderman M. A., Kittel C. Indirect Exchange Coupling of Nuclear Magnetic Moments by Conduction Electrons. Physical Review. 1954. Vol. 96, no. 1. P. 99–102. DOI: https://doi.org/10.1103/physrev.96.99

Thermally induced antiferromagnetic exchange in magnetic multilayers / D. M. Polishchuk et al. Physical Review B. 2017. Vol. 96, no. 10. DOI: https://doi.org/10.1103/physrevb.96.104427

All-Electrical Operation of a Curie Switch at Room Temperature / V. Iurchuk et al. Physical Review Applied. 2023. Vol. 20, no. 2. DOI: https://doi.org/10.1103/physrevapplied.20.024009

Thermally-controlled interlayer exchange and field-induced anisotropy in synthetic antiferromagnets. arXiv.org. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2512.10511