zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Bài giảng Phần II Vật liệu từ cấu trúc nanô và ứng dụng trong y sinh: Chương 3 - PGS. TS Trần Hoàng Hải

Chia sẻ: Codon_01 Codon_01 | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:56

Báo xấu

102
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cùng tìm hiểu từ trở dị hướng (AMR); liên kết từ trong vật liệu đa lớp; các cơ chế liên kết khác trong vật liệu đa lớp; từ trở tại điểm làm việc;... được trình bày cụ thể trong "Bài giảng Phần II Vật liệu từ cấu trúc nanô và ứng dụng trong y sinh: Chương 3" của PGS. TS Trần Hoàng Hải.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Phần II Vật liệu từ cấu trúc nanô và ứng dụng trong y sinh: Chương 3 - PGS. TS Trần Hoàng Hải

BÀI GIẢNG VỀ TỪ HỌC CẤU TRÚC NANÔ Phần II, Vật liệu từ cấu trúc nanô và ứng dụng trong y sinh PGS TS. TRẦN HOÀNG HẢI VIỆN VẬT LÝ TP HCM 1
Địa Địa chỉ chỉ bạn bạn đã đã tải: tải: http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.h http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.h Nơi Nơi bạn bạn có có thể thể thảo thảo luận: luận: http://myyagy.com/mientay/ http://myyagy.com/mientay/ Dịch Dịchtài tàiliệu liệutrực trựctuyến tuyếnmiễn phí:: miễnphí http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html Dự Dựánándịch dịchhọc họcliệu mở:: liệumở http://mientayvn.com/OCW/MIT/Co.html http://mientayvn.com/OCW/MIT/Co.html Liên Liênhệ hệvới vớingười ngườiquản quảnlílítrang web:: trangweb Yahoo: Yahoo:thanhlam1910_2006@yahoo.com thanhlam1910_2006@yahoo.com Gmail: Gmail:frbwrthes@gmail.com frbwrthes@gmail.com
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở TỪ ĐIỆN TRỞ Nguyên lý cơ bản của hiện tượng tử điện trở ( MR) là sự thay đổi điện trở của vật liệu hay của một cấu trúc như một hàm của từ trường ngoài: Định nghĩa trên bao gồm nhiều các cơ chế khác nhau tạo ra hiệu ứng vĩ mô trên. Tuy nhiên, trở kháng từ (magnetoimpedance), một hiện tượng bao gồm các thay đổi của tổng số trở kháng (trong đó R là một số thực và X là thành phần ảo) của một dây dẫn sắt từ trong một từ trường ngoài, Hext, khi một dòng điện thay đổi tần số cao : chảy qua nó [3], nên không được coi là Từ điện trở.
Hiện tượng Từ điện trở có thể được tìm thấy trong các chất bán dẫn cổ điển, đặc biệt, trong chất bán dẫn từ Bởi vì các hiệu ứng Hall, nguồn gốc của nó là trong lực lượng Lorentz. Độ lệch của đường dòng điện do từ trường tạo ra tăng chiều dài của đường dẫn điện, sau đó, tăng điện trở hiệu dụng, được mô tả bởi ở đây R0 là điện trở tại từ trường không.
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở 3. Từ trở dị hướng ( AMR). Hiệu ứng này cũng được William Thomson phát hiện vào năm 1857 khi quan sát thấy điện trở của các vật liệu sắt và niken phụ thuộc vào góc giữa dòng điện chiều của véctơ từ độ. Hiệu ứng này phát hiện trong nhiều chất bán dẫn và nhiều màng mỏng từ. Điện trở phụ thuộc vào sự định hướng tương đối của M và dòng điện I. * Nguồn gốc là: + sự tán xạ không đối xứng của các electron theo spin của chúng trong từ truờng. + do liên kết spinquỹ đạo. 7
Hiệu ứng AMR được mô tả như là một thay đổi trong sự tán xạ do các quỹ đạo nguyên tử, gây ra bởi một từ trường. Bằng cách này, điện trở là cực đại khi cả hai hướng song song và ở mức cực thiểu là khi cả hai hướng vuông góc. Biểu thức toán học: Hàm này đạt giá trị cực đại tại góc 450,
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở 4. Từ trở khổng lồ (GMR). 9
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở Kết quả về hiệu ứng từ điện trở khổng lồ trong các siêu mạng Fe/Cr phát hiện bởi nhóm của Albert Fert 10
( C ) Schematic of the mechanism of the GMR. In the parallel magnetic conﬁguration (bottom), the electrons of one of the spin directions can go easily through all the magnetic layers and the short circuit through this channel leads to a small resistance. In the antiparallel conﬁguration (top), the electrons of each channel are slowed down every second magnetic layer and the resistance is high. From Chappert etal.,2007.
Cấu trúc vùng năng lượng chi tiết và chính xác của các kim loại Fem Co m Ni, và Cu được trình bày trên hình ….Ta thấy rằng,nói chung phân vùng 3d với các spin thuận chủ yếu nằm ở dưới mức năng lượng Fermi và hầu như bị lấp đầy hoàn toàn , còn phân vùng 3d với spin nghịch có cắt mức năng lượng Fermi. Bức tranh này hoàn toàn áp dụng được cho hai nghuyên tố sắt từ mạnh Co và Ni. Đối với Fe ( chất sắt từ yếu), mật độ trạng thái của các spin thuận ở mức Fermi vẫn tồn tại nhung nhỏ hơn nhiều so với trạng thái spin nghịch. Dộ dẫn điện tổng cộng là tổng của độ dẫn điện của các hạt tải đa số +và các hạt tải thiểu số - . Độ dẫn được mô tả bằng biểu thức sau: +,- = nse2 s+,- / m*s, trong đó ns, s , m*s là nồng độ, thời gian hồi phục và khối lượng hiệu dụng của các điện tử dẫn 4s. Dấu + và – chỉ các hạt tải đa số và thiểu số. Khi các hạt tải thiểu số tán xạ, chúng ta có thể giả thiết rằng quá trình đảo hướng spin không xảy ra.( hay nói theo cách khác là spin được bảo toàn sau khi tán xạ) nhưng các chuyển dời tới các mức năng lượng 4s- và 3d- còn trống hoàn toàn có khả năng xảy ra. Trong trường hợp này, chính các mức năng lượng còn trông này như là một cái bẫy để lưu giữ các hạt tải thiểu số lại đó, gây nên điện trở. Về bản chất , ảnh hưởng của các trạng thái d ở gần mức Fermi đến tính chất chuyển được hiểu theo 3 luận điểm sau đây:
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở Cơ chế của hiệu ứng GMR Điện trở của các chất rắn được tạo ra do sự tán xạ của điện tử, và các đóng góp cho sự tán xạ này gồm: Tán xạ trên mạng tinh thể do dao động mạng tinh thể gọi là tán xạ trên phonon. Tán xạ trên spin của các phần tử mang từ tính, gọi là tán xạ trên magnon. Tán xạ trên sai hỏng mạng tinh thể (defect). Gần đây còn có các nghiên cứu chỉ ra sự tán xạ của điện tử trên các polaron từ để giải thích hiệu ứng CMR. Như vậy, hiệu ứng GMR có được là do sự tán xạ của điện tử trên magnon. Khi có các phần tử mang từ tính (ví dụ các lớp sắt từ trong các màng đa lớp hay các hạt siêu thuận từ trong các màng hợp kim dị thể) có sự định hướng khác nhau về mômen từ (do tác động của từ trường ngoài), sẽ Mô hình hai dòng của Mott để dẫn đến sự thay đổi về tính chất tán xạ của điện giải thích hiệu ứng GMR tử và do đó sẽ làm thay đổi điện trở của chất rắn. Một cách chính xác hơn, hiệu ứng GMR trong các màng đa lớp được giải thích bằng mô hình hai dòng điện của Mott (đề ra từ năm 1936). 13
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ có thể được giải thích với sự tổ hợp đồng thời của ba giả thiết sau: 1. Vì độ dày của lớp không từ chỉ vào cỡ 1nm, tức là nhỏ hơn hoặc xấp xỉ bằng quãng đường tự do trung bình của các điện tử, nên điện tử có khả năng vượt qua lớp đệm không từ tính để chuyển động từ lớp từ tính này sang lớp từ tính khác. 2. Khi chuyển động trong các lớp vật liệu có từ tính hoặc trong vùng chuyển tiếp với các lớp từ tính, sự tán xạ của các điện tử phụ thuộc vào sự định hướng spin của chúng. 3. Định hướng tương đối của các véc tơ độ từ hóa trong các lớp có thể thay đổi dưới tác dụng của từ trường ngoài.
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở Mô hình GMR vừa trình bày dựa trên mô hình hai dòng điện ( dòng điện của các điện tử có các spin thuận và dòng điện của các điện tử có các spin nghịch) và cơ chế tán xạ phụ thuộc spin của điện tử. Đó chính là cơ chế tán xạ s-d ( tức là tán xạ của các điện tử s trên các trạng thái d ở gần mức Fermi). Một số lý thuyết khác cũng đã được đề xuất dựa trên cơ chế sự phụ thuộc cấu trúc vùng của cấu hình từ. Một cách chi tiết hơn, các lý thuyết còn có thể mô tả một cách riêng biệt cho hiệu ứng GMR đối với cấu hình có dòng điện trong mặt phẳng (CIP), hoặc có dòng điện vuông góc với mặt phẳng màng.(CPP) Trong cấu hình CIP-GMR, sự chuyển động từ lớp này sang lới khác chỉ có thể xảy ra nhờ chuyển động nhiệt. Trong cấu hình CPP-GMR, các điện tử bắt buộc phải chuyển qua nhiều lớp interface. Khi đó hiệu ứng bẫy spin xảy ra tại các vùng chuyển tiếp, được xem là một trong các cơ chế quan trọng có thể sử dụng để phát triễn và hoàn thiện lý thuyết về GMR. Hạn chế của cấu hình CPP là điện trở của mẫu trở nên rất nhỏ theo phương vuông góc với mặt phẳng màng, làm cho việc đo đạc rất khó khăn.
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở Ứng dụng của hiệu ứng GMR Kể từ năm 1992, hiệu ứng GMR bắt đầu được ứng dụng trong các đầu đọc dữ liệu của ổ đĩa cứng máy tính thay cho các đầu đọc sử dụng hiệu ứng từ điện trở dị hướng cũ, làm tăng tốc độ đọc ghi thông tin. Người ta sử dụng các màng mỏng valsespin để cho các ứng dụng này. Một ưu điểm khiến chúng dễ dàng thay thế là khả năng chống nhiễu và chống ồn rất cao. Ứng dụng trong việc chế tạo các cảm biến từ trường nhạy, các cảm biến đo gia tốc... Một ứng dụng lớn nhất mở ra từ hiệu ứng này là việc phát triển các linh kiện spintronics, các linh kiện điện tử thế hệ mới hoạt động dựa trên việc điều khiển dòng spin của điện tử. Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ, từ điện trở chui hầm là hai trụ cột của spintronics. 16
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở. 5. Liên kết từ trong vật liệu đa lớp. Hệ số từ trở dao động theo chu kỳ của độ dày của lớp đồng ( do tương tác trao đổi dạng dao động) Ba kiểu liên kết: - Sắt từ - Phản sắt từ - Liên kết kiểu 900 17
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở 6. Các cơ chế liên kết khác trong vật liệu đa lớp. 18
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở 7. Từ trỡ tại điểm làm việc. + Trước năm 1997 các đầu đọc dựa trên – AMR + Từ sau đó, các đầu đọc dựa trên –GMR ( hình học CIP hay CPP) 19
Chương 3. Màng đa lớp và hiệu ứng từ điện trở Từ trỡ tại điểm làm việc. Trong ghi từ, 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.