< Terug naar vorige pagina

Project

Door spin overdracht torsie geïnduceerde magnetisatie dynamica.

In het spintronica onderzoeksdomein maakt men gebruik van de elektron spin om een extra vrijheidsgraad voor het ontwerp van devices te ceeren. De mogelijkheid die spin gepolariseerde stroom biedt om dynamica van de magnetisatie te induceren is een zeer beloftevolle toepassing die bestudeerd wordt voor geheugentoepassingen en sinds kort ook voor oscillator toepassingen op nano-schaal. Extra interessant zijn oscillatoren gefabriceerd uit MgO magnetische tunnel juncties omdat deze compatibel zijn met huidige elektronica en omdat ze beloven zeer schaalbaar en efficient te zijn.
In dit werk hebben we de dynamica bestudeerd die wordt geinduceerd in nanopilaar spin overdracht torsie oscillatoren (STO) gefabriceerd uit MgO gebaseerde tunnel juncties. Daarvoor hebben we een fabricatieproces ontworpen, gevalideerd en gepatenteerd voor de redepositie vrije fabricatie van nanopilaren uit MgO gebaseerde tunnel juncties, gebaseerd op het specifiek ontworpen dubbel laag e-beam lithografie proces.
We hebben hoog frequente, ruis spectroscopie, experimenten uitgevoerd op een aantal nanopilaar STOs en we hebben oscillaties gemeten die omwille van hun drempelgedrag duidelijk te wijten zijn aan spin overdracht torsie.Door het bestuderen van de geexciteerde modi en de vergelijking met onsmacromagnetisch model vinden we drie verschillende modi. Het gaat om een oscillatie in de vrije laag en zowel de akoestische als de optische modus in het SyF systeem. Deze laatste modus blijft bestaan zonder aangelegd magnetisch veld, een onmisbare eigenschap voor toepasbaarheid. Theoretisch is voorspeld dat er twee types spin torsie aanwezig zijn in tunneljuncties, het Slonczewski en het veld-achtige type. Aan de hand van quasi statische metingen dmv Stoner astroiden en aan de hand van de afstembaarheid van de frequentie mbv de stroom leiden we af dat er gaan significante opwarming plaatsvindt in onze nanopilaren, ook vinden we geen bewijzen van de zogenaamde veld-achtige spin overdracht torsie.
Spin overdracht torsie ferromagnetische resonantie (STT-FMR) experimenten laten toe om the amplitudes van de verschillende componenten van de totale spintorsie te bestuderen. Als ze vergeleken worden met ruis spectroscopie metingen zijn de gelijkenissen wat betreft het vinden en het bepalen van de oorsprong van de aanwezige modi onmiddellijk duidelijk. Door middel van fitting van de vorm van de pieken van de laagste orde vrije laag modus voor velden aangelegd langs de harde as vinden we een veld-achtige torsie component die significant kleiner is dan de Slonczewski component maar verschillend van nul, dit in tegenstelling tot de vroegere experimenten.
Tunnel barrieres in het algemeen en vooral devices met afmetingen in het nm gebied bestaande uit MgO juncties zijn erg gevoelig aan de aangelegde spanningen. We hebben een betrouwbaarheidsstudie uitgevoerd envinden dat voor de twee grootste maten van devices de vorm van zowel destijgende (RVS) als de constante stres test (CVS) wijzen op intrinsiekefalingsmechanismen, welke proces geinduceerde faling uitsluit. De helling van de Weibull curve voor deze devices is echter laag, waarschijnlijkdoor dunheid van de barriere waardoor de faling reduceert tot een enkel-defect faling
Uiteindelijk hebben we de STOs gefabriceerd in dit werk op basis van MgO gebaseerde tunnel juncties vergeleken met volledige metaalsystemen en met gepubliceerde waarden voor STOs. De afstembaarheid en de mogelijkheid om de frequentie van de oscillaties aan te passen door design keuzes zijn erg aanlokkelijk, zo ook de mogelijkheid om oscillatoren te ontwikkelen die werken zonder extra aangelegd veld. Toch moet het uitgangsvermogen dat een enkel dergelijk device kan leveren nog met enkele grootteordes worden verhoogd. Met dat doel voor ogen is er meer onderzoek nodig naar de betrouwbaarheid van de oscillatoren en naar het vergroten van de hoek van de oscillaties. Loodrechte polarisatoren en/of fase koppeling lijken de enige routes om die vermogenswinst te bereiken.
Datum:1 jan 2008 →  31 dec 2011
Trefwoorden:Nano pillar, Spin torque, Oscillator, Magnetoresistance
Disciplines:Toegepaste wiskunde, Klassieke fysica, Optische fysica, Nanotechnologie, Ontwerptheorieën en -methoden
Project type:PhD project