Tiểu luận Vật liệu quang từ: Hiệu ứng từ - điện trở khổng lồ (GMR) và hướng phát triển

Tiểu luận Vật liệu quang từ: Hiệu ứng từ - điện trở khổng lồ (GMR) và hướng phát triển nêu lên một vài vấn đề tổng quan; ứng dụng và hướng phát triển của hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (GMR) (hướng nghiên cứu vật liệu mới, hướng nghiên cứu về cấu trúc).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tiểu luận Vật liệu quang từ: Hiệu ứng từ - điện trở khổng lồ (GMR) và hướng phát triển TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG  BÀI TIỂU LUẬN MÔN VẬT LIỆU QUANG TỪ HIỆU ỨNG TỪ - ĐIỆN TRỞ KHỔNG LỒ (GMR) VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN GVHD : TS Đinh Sơn Thạch HVTH : Nguyễn Thị Hà Trang Lớp : Cao học quang học – K21 TP Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2012 Bài tiểu luận môn Vật liệu quang từ GVHD : TS. Đinh Sơn Thạch MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................ 1 LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 2 CHƢƠNG I – TỔNG QUAN .............................................................................. 3 I – Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ .................................................................... 3 1 - Hiệu ứng từ điện trở ( Magnetoresistance – MR ) ................................. 3 1.1 - Hiệu ứng từ trở thƣờng (Ordinary Magneto Resistance - OMR) .. 3 1.2 – Hiệu ứng từ điện trở dị hƣớng ( Anisotropic Magnetoresistance - AMR) ........................................................................................................ 3 2 – Màng đa lớp từ (Magnetic multilayers) ................................................ 4 3 – Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (Giant Magnetorisistance –GMR ) ...... 5 3.1 –Đôi nét về hiệu ứng GMR ................................................................ 5 3.2 – Một số mô hình dùng để giải thích cơ chế vật lý của hiệu ứng GMR ......................................................................................................... 8 3.2.1 - Mô hình hai dòng điện của Mott .................................................. 9 3.2.3 – Dựa trên cấu trúc vùng năng lƣợng và quá trình tán xạ s-d......14 II - Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ trong màng mỏng đa lớp dị thể (Granular GMR) ..............................................................................................................18 1 – Cấu tạo màng đơn lớp dị thể ................................................................18 2 – Giải thích hiện tƣợng tán xạ phụ thuộc spin trong mẫu hạt ...............19 3 – Cấu trúc nano dị thể .............................................................................20 4 – Cấu trúc đơn domain ............................................................................22 CHƢƠNG II - ỨNG DỤNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HIỆU ỨNG TỪ ĐIỆN TRỞ KHỔNG LỒ (GMR) ................................................................23 I – Các hƣớng nghiên cứu vật liệu mới ..........................................................24 1.1 - Hợp chất perovskite chứa manganese có pha tạp nguyên tố đất hiếm .....................................................................................................................25 1.2 - Các vật liệu từ kiểu Heusler và bán Heusler ......................................26 II – Hƣớng nghiên cứu về cấu trúc ................................................................26 2.1 - Màng mỏng van spin (spin valve) :.....................................................27 2.2 - Màng mỏng đơn lớp dị thể .................................................................32 Tài liệu tham khảo..................................................................................................33 HVTH : Nguyễn Thị Hà Trang 1 Bài tiểu luận môn Vật liệu quang từ GVHD : TS. Đinh Sơn Thạch LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ thông tin dựa trên các vật liệu bán dẫn và vật liệu từ. Trong đó, quá trình chuyển tải, thu nhận và xử lý thông tin được thực hiện nhờ việc sử dụng thuộc tính điện tích của điện tử, đỉnh cao phát triển của điện tử truyền thống (electronics) là tạo ra các linh kiện bán dẫn transistor, các mạch tích hợp. Trong khi việc lưu trữ thông tin được thực hiện nhờ thuộc tính spin của điện tử trong các đĩa cứng và đĩa mềm chế tạo bằng vật liệu từ. Như vậy, hai thuộc tính quan trọng của điện tử là điện tích và spin đã được sử dụng một cách riêng lẻ trong các linh kiện khác nhau. Năm 1988, hai nhóm vật lý người Pháp Albert Fert và người Đức Peter Gruenberg phát hiện hiệu ứng từ - điện trở khổng lồ (Giant MagnetoResistance – GMR effects) – là hiệu ứng gây ra sự thay đổi mạnh của điện trở của vật liệu theo chiều và cường độ của từ trường tác dụng lên cấu trúc màng mỏng từ đa lớp sắt từ với lớp kim loại phi từ kẹp giữa; bản chất của hiệu ứng này là sự tán xạ phụ thuộc spin của điện tử dẫn. Việc phát hiện hiệu ứng GMR đã cho phép con người có thể sử dụng đồng thời cả hai thuộc tính của điện tử dẫn là spin và điện tích vào việc xử lý và truyền thông tin trên một linh kiện – điều mà những linh kiện bán dẫn điện tử truyền thống trước đây không thể thực hiện được. Với việc phát hiện hiệu ứng GMR đã mở ra một hướng phát triển mới cho vật lý và công nghệ nano, mở ra một nhánh mới của điện tử học – điện tử học spin hay spintronics, và GMR cùng với TMR (hiệu ứng từ trở xuyên ngầm) là hai trụ cột của spintronics. Mục đích chính của spintronics là sử dụng spin của điện tử để chuyển đổi (mã hóa), mang (truyền tải) và nhận biết (phát hiện) thông tin/tín hiệu. Nhận thức được tầm quan trọng của GMR trong lĩnh vực spintronics đã hướng em đến chọn lựa đề tài tiểu luận là : “Hiệu ứng từ - điện trở khổng lồ (GMR) và hướng phát triển ” HVTH : Nguyễn Thị ...