Електронні транспортні ефекти у багатошарових плівкових системах

Abstract

У дисертації наведені результати дослідження спін – поляризованого електронного транспорту в періодичних магнітних мультишарах та сандвічах, а також кінетичних ефектів у двошарових (ДП) та багатошарових (БП) плівках з моно - та полікристалічною структурою. Передбачено, що вплив шорсткостей інтерфейсів та меж зерен на амплітуду ефекту гігантського магнітоопору визначається конфігурацією центрів, які асиметрично розсіюють електрони, а величину та зміну знака (інверсію) зазначеного ефекту можна визначити за отриманими модельними формулами. Отримання загальних виразів для транспортних коефіцієнтів (провідності, температурного коефіцієнта опору, коефіцієнтів тензочутливості, опору тощо) у ДП та БП, дозволило не лише отримати для них лінеаризовані співвідношення, які пройшли перевірку при обробці даних експериментальних досліджень, а й обґрунтувати їх немонотонну розмірну залежність, яка обумовлена конкуренцією інтерфейсного, зерномежового та об’ємного розсіяння електронів. Наявність ортогонального до інтерфейсів зовнішнього магнітного поля у ДП та БП призводить до немонотонної розмірності залежності опору в області слабкого магнітного поля. Зі збільшенням поля опір зазначених провідників осцилює з його зміною. Взаємна дифузія металів змінює транспортні характеристики провідників, за зміною яких можна вивчити процес об’ємної та зерномежової дифузії, та визначити коефіцієнти об’ємної та зерномежової дифузії за отриманими модельними формулами. Дослідження осциляційного акустоелектронного ефекту в одно – та багатошарових плівках показало, що в області слабкої просторової дисперсії коефіцієнт згасання звукової енергії немонотонним чином залежить від товщини шарів, яка має зазначену вище природу, а в області сильної просторової дисперсії коефіцієнт згасання осцилює зі зміною довжини хвилі. // Русск. версия: В диссертационной работе приведены результаты исследования спин - поляризованного электронного транспорта в магнитных мультислоях и кинетических явлений в двухслойной и многослойной немагнитных пленках в условиях внешнего (рассеяние носителей заряда на внешних границах) и внутреннего (релаксация электронов на интерфейсах и границах зерен (ГЗ)) размерных эффектов. Показано, что влияние зеркального отражения носителей заряда границами магнитного проводника на амплитуду эффекта гигантского магнитосопротивления (ГМС) определяется конфигурацией рассеивающих центров (РЦ), которые асимметрично рассеивают электроны с разной поляризацией спинов относительно локальной намагниченности в магнитных слоях. Если магнитный образец имеет крупнозернистую структуру, то РЦ в основном сосредоточены либо в объеме слоев, либо в межкристаллитных границах. При объемной конфигурации РЦ, зеркальное отражение носителей заряда от внешних границ и интерфейсов сохраняет «память» электронов о своем спине и амплитуда эффекта ГМС увеличивается вследствие того, что электрон остается эффективным (ответственным за эффект). Противоположная тенденция наблюдается, если РЦ сосредоточены в границах раздела слоев. В этом случае зеркальное взаимодействие электронов с интерфейсами образцов уменьшает взаимодействие между магнитными слоями (эффект каналлирования), что и приводит к уменьшению амплитуды указанного эффекта. При мелкозернистой структуре слоев многослойной пленки, РЦ в основном располагаются в границах зерен (т.к. коэффициент зернограничной диффузии на несколько порядков больше чем коэффициент объемной диффузии) и рассеяние носителей заряда на ГЗ будет асимметричным, что и приводит к увеличению уровня эффекта ГМС. Максимальное значение эффекта ГМС, очевидно, следует ожидать при минимизации эффекта каналлирования, максимизации зеркального отражения внешними границами сандвича и наличия большой асимметрии в объемном и интерфейсном (основной) спин – зависимом рассеянием электронов с прохождением в соседний слой. Анализ размерной зависимости транспортных коэффициентов (проводимости, температурного коэффициента сопротивления, коэффициентов тензочувствительности т.д.) в двух – и многослойных пленках показало их немонотонную зависимость от толщины слоя, что обусловлено конкуренцией объемного и интерфейсного рассеяния носителей заряда. При наложении к указанным образцам внешнего магнитного поля вдоль нормали к их интерфейсам, в области слабого поля снова наблюдается немонотонная зависимость сопротивления от толщины слоя. Увеличение поля приводит к осцилляционной зависимости сопротивления с его изменением, что обусловлено потерей корреляции между электроном, который падает на интерфейс, и отразился от него или прошел в соседний слой. Изучение процесса взаимной диффузии в моно – и поликристаллических проводниках позволяет не только установить характер изменения транспортных характеристик образцов, но и исследовать сам процесс диффузии и определить коэффициенты объемной и зернограничной диффузии. При небольшом времени отжига, слой металла является для атомов диффузанта полубесконечным и, зная изменения проводимости образца в результате отжига и его структурные характеристики, можно определить коэффициенты объемной и зернограничной диффузии. С увеличением времени отжига эффективная глубина проникновения атомов примеси определяется толщиной слоя, и определения указанных коэффициентов сводятся к экспериментальному определению минимального времени отжига образца такого, что при дальнейшем отжиге его транспортные свойства не изменяются. Величина деформационного поглощения энергии  возбужденной продольной звуковой волны в одно – и многослойных образцах существенно зависит от степени шероховатостей внешних границ и интерфейсов. Если волна распространяется вдоль нормали к границе слоев, а носители заряда зеркально взаимодействуют с интерфейсами образца, то величина  всегда больше своего объемного значения, т.к. зеркальные отражения не изменяют эффективного числа электронов и не разрушают синхронности их движения, и электроны поглощают энергию волны на всей длине свободного пробега. Увеличение шероховатостей образца в области слабой пространственной дисперсии уменьшает коэффициент поглощения, т.к. с одной стороны, ограничение по толщине уменьшается относительное число эффективных электронов, с другой – разрушает синхронность их движения, а размерная зависимость коэффициента поглощения имеет немонотонный характер, которая имеет ту же природу. С увеличением волнового числа коэффициент поглощения энергии становится осциллирующей функцией с изменением длины волны, т.к. ее изменение приводит к изменению количества областей сжатия и растяжения кристаллической решетки которые укладываются на толщине слоя. Анализ акустического аналога эффекта ГМС показал, что указанный эффект обусловлен асимметрией рассеяния электронов с разной поляризацией спина в объеме слоев и на их интерфейсах и имеет те же размерные зависимости и особенности, что и сам эффект ГМС. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/669