Nobelova cena za fyziku 2007
Ladislav Havela MFF UK Praha 2013
GMR Effect – Obří magnetorezistence
• Albert Fert (narozen 7.3.1938 v Carcassone ve Francii). Vystudoval École Normale Supérieure v Paříži. V roce 1970 získal titul PhD na Université Paris-Sud, kde působí dodnes jako profesor a ředitel pro výzkum společné laboratoře CNRS (francouzská národní výzkumná organizace) a Thales group, významné francouzské firmy zabývající se elektronikou.
Peter Grünberg (narozen 18.5.1939 v Plzni v protektorátu Čechy a Morava). Poté, co byl po válce se svými rodiči odsunut, studoval v Německu, na Univerzitě Johanna Wolfganga Goetha ve Frankfurtu a na Technice v Darmstadtu, kde získal v roce 1969 titul PhD. Největší část jeho kariéry je spojena s působením ve Výzkumném centru Jülich, kde působil až do svého penzionování v roce 2004.
Dva druhy elektronových stavů v kovech - lokalizované, atomové – vnitřní atomové hladiny, 4f v lanthanoidech - delokalizované, itinerantní - Blochovy funkce Dvě formy popisu - nekompatibilní
Kde se berou magnetické momenty a jejich uspořádání....?? Dobře to chápeme např. pro jednotlivý atom....Hundovy pravidla 1. Maximalizace spinu...výměnná interakce
Elektron je záporně nabitý fermion se spinem ½ Ψ(1,2)= −Ψ(2,1) antisymetrická vlnová funkce
Výměnná interakce je silná v rámci atomů – ale projevuje se i u elektronů, které mohou putovat krystalem....vede k nerovnováze obsazení stavů se spinem nahoru a dolů...vznik magnetizace např. na Fe EF
N(E)
δE
∆Εkin = N(EF)(δE)2 ∆Εint = -U [N(EF)(δE)]
energy
U*N(EF) > 1 spontaneous splitting…….Stoner criterion
Transitivní kovy s částečně zaplněnou d-slupkou
Kovy s magnetickým uspořádáním
Transitivní kovy s částečně zaplněnou f-slupkou
Fermiho plyn – volné elektrony Fermiho-Diracova statistika E = 2 k 2 / 2me ; p = k = 2π / λ Dlouhovlnné elektrony
Krátkovlnné
Jen malá část elektronů (v intervalu kBT okolo Fermiho meze) ovliňuje vlastnosti jako specifické teplo, susceptibilitu, elektrický odpor – a může zprostředkovat spinovou informaci mezi sousedními atomy – třeba pro lanthanoidy
Magnetické pole ve tvaru δ-funkce, H*δ(r), působí na volné elektrony se spinem Spinová odezva osciluje kvůli tomu, že elekrony nemohou mít libovolně malé λ: σ(r) = H*G(2kFr)
N ( E )(2k ) x cos x − sin x G ( x) = 2π x 3
F
F
4
Interakce RKKY
Grünberg: Uměle připravené multivrstvy Magnetický a nemagnetický element (např. Fe a Cr) Fe
Cr
Fe
P. Grünberg, R. Schreiber, Y. Pang, M.B. Brodsky, H. Sowers: Phys. Rev. Lett. 57 (1986) 2442.
MBE – epitaxe z molekulárních svazků
Fert – elektrický odpor ovlivněn spinově závislým rozptylem V(r)=Vnm(r)+2J(r)s*S Pro s = +1/2 je V(r)=Vnm(r)-msJ(r) Pro s = -1/2 je V(r)=Vnm(r)+msJ(r) Pravděpodobnost rozptylu je úměrná druhé mocnině... V 2+ms2J 2-2msJV Odlišný potenciál
V 2+ms2J 2+2msJV ...model dvou proudů – se spinem nahoru a dolů, které mohou být popsány jako proudy dvěma paralelními vodiči s různými odpory
M
nm
M
nm
M
nm
M
B=0
V
1/R=1/R1+1/R2
B > Bc
V
M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Eitenne, G. Creuzet, A. Friedrichs, J. Chazelas: Phys. Rev. Lett. 61 (1988) 2472.
• The founding results of Albert Fert and Peter Grünberg (1988): change in the resistance of Fe/Cr superlattices at 4.2 K in external magnetic field H. The current and magnetic field were parallel to the [110] axis. The arrow to the right shows maximum resistance change. Hs is saturation field
Vlastnosti sloučenin uranu s hexagonální strukturou typu ZrNiAl
350
UNiGa
0T
300
i // c-axis
ρ (µΩ cm)
250 14 T
200 150
2T i ⊥ c-axis
100 50 0 0
50
100
150
200
250
T (K)
Upturn due to the Fermi sufrace gapping
M (µB/U-atom)
ρ (a.u.)
1.5 1.0
UNiGa H // i // c-axis T = 4.2 K
V. Sechovský, L. Havela, L. Jirman, W. Ye, T. Takabatake, H. Fujii, E. Brück, F.R. de Boer, H. Nakotte: Giant Magnetoresistance Effects in UNiGa J.Appl.Phys. 70 (1991) 5794
0.5 0.0 1.0 0.5
Counts
500
R0H (µΩ cm)
0.0 1000
0 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2
0.0
...ale jen za nízkých teplot H // c-axis
0.5
1.0
µ0H (T)
1.5
Magnetický záznam
Toshiba and Seagate introduced perpendicular recording drives in the 2005-2006 time frame. Other drive vendors followed, and areal densities reached 400 gigabits per square inch by 2009 (asi 60 GBit/cm2) při rychlostech 109 bit/s. Teoretický limit 40 Tbit/cm2 v STM jen 100 bit/s rychlost
MRAM
STT-RAM • Spin transfer torque
