Введение к работе
Актуальность темы.
Магнитно-неоднородные системы с характерным размером не-однородностей наномасштаба, к которым прежде всего относятся магнитные мультислои, гранулированные сплавы "ферромагнитный металл-немагнптный металл", нанокомпозиты "металл-диэлектрик", обладают необычными свойствами, представляющими как самостоятельный научный интерес, так и важное практическое значение. В первую очередь это относится к эффекту гигантского магпитосопро-тпвления (ГМС), заключающемуся в значительном (до 100% при низких температурах) изменении сопротивления таких материалов при изменении внешним магнитным полем локальных магнитных конфигураций. Этот эффект проявляется в той или ипой степени для всех указанных выше магнитно-неоднородных систем и вызывает пристальное внимание в связи с необходимостью создания ультратонких магнитных головок для считывания сверхплотной магнитной записи. Значительно меньшее внимание в последние годы было уделено экспериментальному и особенно теоретическому изучению других, родствеппых ГМС явлении переноса в магнитно-неоднородных системах. Такого рода исследования позволяют получить дополнительную информацию об электронной структуре, особенностях спин-зависящего рассеяния, типе носителей тока, ответственных за соответствующий эффект, микроструктуре магнитно-неоднородных систем, а также проверить и дополнить развитые представления о природе ГМС.
Наиболее важными среди всего многообразия кинетических эффектов в ферромагнетиках представляются обусловленные спин-
орбитальным взаимодействием (СОВ) спонтанные эффекты, центральными из которых являются четный по намагниченности эффект анизотропного магнитосопротивления и нечетные - аномальный эффект Холла (АЭХ) и аномальный эффект Нернста-Эттинсгаузена (АЭНЭ). Выполненные первые экспериментальные исследования некоторых из этих эффектов в магнитных мультислоях, гранулированных структурах и нанокомпозитах выявили целый ряд фактов, не нашедших даже качественного объяснения в рамках ранее развитых теорий для однородных магнптных материалов и сплавов.
Целью данной работы является исследование влияния спин-зависящего рассеяния электронов проводимости на обусловленные СОВ спонтанные гальваномагнитные явления и построение теории спонтанной анизотропии ГМС, аномального эффекта Холла и аномального эффекта Нернста-Эттинсгауэена в магнитно-неоднородных структурах.
Научная новизна и практическая ценность работы состоит в следующем:
-
Теоретически предсказано, что спонтанная анизотропия сопротивления ферромагнетиков приводит к анизотропии ГМС в магнитных многослойных структурах и гранулированных пленках.
-
Выполнен квантовостатистический расчет спонтанной анизотропии ГМС в спип-вентильпых сэндвичах, позволяющий объяснить имеющиеся экспериментальные данные.
3. Развита методика расчета АЭХ как для сплавов "металл-
металл", так и для композитов "металл-диэлектрик". Дано теорети
ческое объяснение многочисленным экспериментальным данным от
носительно АЭХ магнитных неоднородных сплавов. Сделан вьшод о
преобладающей ролн механизма асимметричного рассеяния в формировании АЭХ.
-
Впервые дано теоретическое объяснение полевой зависимости коэффициента АЭХ гранулированных сплавов.
-
Теоретически доказана важная роль рассеяния на поверхности гранул в формировании АЭХ п АЭНЭ магнитных гранулированных сплавов. Теоретически предсказано, что поверхностное рассеяние спин-поляризованных электронов проводимости может привести к пеобычному поведению АЭНЭ в этих сплавах.
Основные результаты диссертации, которые выносятся на защиту, можно сформулировать следующим образом:
1. В магнитных многослойных структурах и гранулированных
пленках ГМС анизотропно, а именно, зависит от ориентации тока
в плоскости пленок относительно намагниченности. При токе, ори
ентированном перпендикулярно плоскости слоев многослойной систе
мы, спонтанная анизотропия сопротивления приводит к изменению
величины ГМС на величину, не превышающую 2%.
-
В рамках квантовостатистического подхода рассчитано влияние спонтанной анизотропии сопротивления на эффект ГМС в пермал-лоевых спин-вентильных сэндвичах NiFe/Cu/NiFe. При увеличении толщины прослойки и ферромагнитных слоев или при повышении температуры величина спонтанной анизотропии ГМС уменьшается.
-
Коэффициенты АЭХ н АЭНЭ гранулированных сплавов за счет рассеяния электронов проводимости на поверхностях раздела гранул и матрицы могут значительно отличаться от соответствующих коэффициентов для однородных ферромагнетиков по величине и иметь противоположные знаки.
-
Коэффициент АЭХ магнитных гранулированных сплавов значительно и в общем случае немонотонно зависит от магнитного поля вследствие влияния поля на сшш-зависящее рассеяние носителей тока и АЭХ. Наличие максимума в полевой зависимости \RS(H)\ в отожженных сплавах Co-Ag свидетельствует о доминирующей роли асимметричного рассеяния в формировании АЭХ и о том, что основными носителями АЭХ в этих сплавах являются состояния с поляризацией спинов против намагниченности. Наличие минимума в этой зависимости для неотожженных образцов указывает на имеющуюся неоднородность распределения гранул по размерам.
-
В рамках формализма Кубо и метода функций Грина рассчитан АЭХ гранулированных сплавов с ГМС. В общем случае не имеет место корреляция величин рв и р2, где ра- хояловское сопротивление, а р- полное сопротивление гранулированного сплава. При определенных значениях параметров модели рц ~ р3'8, что согласуется с экспериментальными данными для сплавов Co-Ag. Увеличение сопротивления матрицы приводит к значительному возрастанию АЭХ, причем более существенному для сплавов с малым размером гранул.
6. Сопротивление АЭХ композитов "металл-диэлектрик" вблизи
порога перколяцни достигает гигантских значений за счет дополни
тельных механизмов рассеяния на поверхностях гранул и на контак
тах между гранулами.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях: XV Всероссийской конференции "Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники" (НМММ), Москва, (1996); "Electrical Transport and Optical
Properties of Inhomogeneous Media" (ETOPIM), Moscow, (1996); "International Conference on Magnetism" (ICM-97), Australia, (1997); NATO-ASI "Frontiers in Magnetism of Reduced Dimension Systems", Partenit, Crimea, (1997); NATO Advanced Research Workshop, 2d International Workshop Itinerant Electron Magnetism: "Fluctuation Effects and Critical Phenomena", Moscow, (1997).
Публикации.
Основное содержание диссертации изложено в 12 печатных работах, список которых нриведен в конце автореферата.
Стуктура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Полный объем работы- (Oty страницы машинописного текста, включая 22 рисунка, 1 таблицу и библиографию из 80 наименований.