Разработка принципов создания энергосберегающих элементов ЗУ на основе гетроструктур с магнитными и мультиферроидными слоями.

Основными объектами исследования в проекте будут спин-транспортные явления в магнитной гетероструктуре с проводящими либо туннельными наноразмерными слоями, в которой реализуются эффекты магнитоэлектрического взаимодействия спинов. Магнитоэлектрические эффекты взаимодействия спинов и электрической поляризации слоев могут способствовать контролируемому изменению состояния гетероструктуры с помощью магнитного либо электрического поля и служить основой для создания нового поколения мультибитовых энергосберегающих элементов памяти. В работе планируется проведение теоретического анализа изменения магнитного состояния магнитной гетероструктуры с магнитоэлеткрическим взаимодействием, возникающим благодаря нарушению пространственной инверсии кристаллической структуры в объеме либо на интерфейсах слоев, в зависимости от эффектов передачи спинового вращательного момента между слоями гетероструктуры, и магнетосопротивления гетероструктуры в зависимости от материала слоев, магнитного и электрического состояния. Предполагается проведение экспериментального изучения магнитных гетероструктур с проводящими и туннельными слоями, в которых наблюдаются эффекты поперечного и продольного гигантского магнетосопротивления, индуцированного током спинового переключения, включая эффекты спин-орбитального продольного переключения в сверхтонких слоях асимметричной гетероструктуры. Конечной целью исследования является определение наиболее перспективной структуры для создания мультибитовой энергонезависимой ячейки памяти для сверхбыстродействующих ЭВМ нового поколения.

За отчетный период продолжена работа по разработке теории структурных и ориентационных магнитных фазовых переходов в ромбоэдрических мультиферроиках типа BiFeO3 в зависимости от электрического поля. Изучено влияние переориентации вектора поляризации в электрическом поле на изменения в пространственно-модулированной спиновой структуре, имеющей вид спиновой циклоиды. Показано, что кроме поворота циклоиды и скачкообразного изменения плоскости разворота, электрическое поле может приводить к полному ее исчезновению. Был выявлен новый механизм возникновения линейного магнитоэлектрического (МЭ) эффекта в мультиферроике BFO, связанный с переориентацией вектора антидисторсии в электрическом поле, который приводит к возникновению гигантского линейного МЭ эффекта, величина которого объясняет измеряемую величину в экспериментах. Одним из важных результатов отчетного периода является детальный анализ эффекта передачи спинового момента (СМ) продольным током протекания, обусловленной спин-орбитальным (СО) взаимодействием Рашбы в объеме магнитного слоя и на интерфейсах структуры с нарушенной инверсной симметрией Найденные значения обменной константы и времени спиновой релаксации достаточно хорошо соответствуют литературным данным. Для найденных параметров задачи сделаны предсказания особенностей спиновой динамики для всех возможных геометрий намагничивания. В проекте были проведены расчеты вольт-амперных характеристик и передаваемых вращательных моментов в мультиферроидном туннельном переходе (МФТП) в рамках баллистического туннельного транспорта электронов на основе модели Зоммерфельда с учетом эффекта изменения высоты туннельного барьера при вариации величины и состояния поляризации. Показана сильная поляризационная зависимость сопротивления и переносимого СМ в мультиферроидном спиновом вентиле. Был проведен детальный анализ зависимости порогов переключения спинового вентиля от состояния электрической поляризации синтетического мультиферроика. Расчеты для гетероструктуры Fe-BaTiO3-Fe показали сильную асимметрию влияния величины и направления поляризации в спиновом вентиле на пороги переключения. Изготовлены синтетические мультиферроидные гетероструктуры состава Со/BiFeO3/NiFe с различными номиналами слоев ферромагнетика, макетирующие многобитовую ячейку энергонезависимого ЗУ на спиновом транспорте. Проведены исследования электрофизических свойств полученных структур. Проведенные исследования важны для пленочной инженерии мультиферроидных материалов и для разработки элементов магнитоэлектрической памяти следующего поколения.