Precesja praktyczne zastosowania -...
18
Precesja – praktyczne zastosowania Bias tee GHz generator + AM Voltage/current sourcemeter Lock-in amplifier Ref 8kHz Freq sweep 2 – 10 GHz
Transcript of Precesja praktyczne zastosowania -...
Precesja – praktyczne zastosowania
Bias tee
GHz generator
+ AM
Voltage/current
sourcemeter
Lock-in
amplifier
Ref
8kHz
Freq sweep
2 – 10 GHz
Orbitalny magnetyczny moment pędu elektronu
eT
ei
22 ππ reriiS ll
22 rmrmL
m
eL
m
e
Lconst l
l
22
)1(2
llm
el
T
J
m
eB
241027.92
Współczynnik giromagnetycznym
e
2 czyli LL
Jeżeli przyłożymy zewnętrzne pole magnetyczne B (0, 0, Bz)
Z
L
B
Działa wówczas moment siły: BM L
czyli jest precesja spinu !!
z
zyx
B
LLL
kji
BLM
00
stąd zxzy BLjBLiM ˆˆ
a więc Mx= LyBz
My= -LxBz; Mz= 0 czyli rzut na oś Z jest zachowany.L
Częstość precesji spinu = B
Lx(t) = A sint; Ly(t) = A cost; Lz = const
Rezonans spinowy elektronowy paramagnetyczny ferromagnetyczny
jądrowy NMR
Zmienne pole magnetyczne o częstości (składowa x), służy do detekcji
rezonansowej:
zBxtBB ˆˆ)sin( 1
Równania ruchu obliczamy na podstawie działającego momentu siły:
z
zyx
BtB
LLL
kji
M
0sin
ˆˆˆ
1
skądMx = LyBz;
My = -LxBz + LzB1sint
czyli My = -Lx + LzB1sint
Mz = -LyB1sint
Założenie:
Lz >> Ly to kąt precesji jest mały
Bz >> Bx = B1sint
Szukamy rozwiązań Lx(t) i Ly(t)
Lx= Asint; Ly= C cost
gdzie jest takie samo jak zmiennego pola w kierunku x!
Mx= Ly = C cost
Warunek rezonansu: A i C maja wartość maksymalną !
tCtAdt
dLx coscos
CA
tBLtAtCdt
dLz
y sinsinsin 1 122
BL
C z
stąd : tBL
L zx
sin122
Lz = const
tBL
L zy
sin122
gdzie = B
Rezonans spinowy zachodzi dla
W rezonansie mamy maksimum
amplitudy w warunkach rzeczywistych
sygnał rezonansowy jest tłumiony
=
L
=
• MTJ stack deposited in Singulus
• MgO wedge thickness: 0.6 nm up to 1nm
(slope 0.017 nm/cm)
Multilayer stack
Co70Fe30 2 PL
Ru 0.9
Co40Fe40B20 2.3 RL
wedge MgO
Co40Fe40B20 2.3 FL
IC
SAF
EB
Ta 10
CuN 30
Ru 7
ca
pp
in
g
Si/SiO2
Ta 5
CuN 50
Ta 3
CuN 50
Ta 3
PtMn 16 AF
buffer
Wafer characterization: microstructure/texture – XRD, AFM
• electrical, magnetic: TMR, RA, MOKE and VSM-loops
Nanopillars
• 3 step e-beam lithography, ion etching, lift-off
SiO substrate2
Ta
Ta
CuN
CuN
wedge MgO
Co Fe 270 30
Ru 0.9
Co Fe B 2.340 40 20
PtMn 16
Ta 10
Al O2 3
CuN 30
Au
5
3
50
50
CoFe 30
V+
V-
Ta 3
Co Fe B 2.340 40 20
Ru 7
Elektronika spinowa
Tomografia - NMR
Spin Transfer Torque
Unpolarized
electrons
Polarized
electrons
Transmitted
electrons
Polarizer P Free layer M
Local magnetizationConduction Electrons Transfer of transverse
moment m
=
Torque
(Spin Torque ST)
ST tends to align M (anti-)parallel to P
Electron
flow
Spin Transfer Torque (STT)
M2, m2- FL magnetic moment
M1, m1- RL magnetic moment
dt
dmmmH
dt
dmeff
22
0
22
0
1
122
220
22
0
22
0
1mmm
MteJp
dt
dmmmH
dt
dm
S
effectiveeff
122
220
22
0
22
0
1mmm
MteJp
dt
dmmmH
dt
dm
S
effectiveeff
Slonczewski ‘96
L(andau)L(ifszic)G(ilbert)S(lonczewski) dynamics
STT – CIMSSpin Transfer Torque Curent Induced Magnetization Switching
I = ICritical
Micromagnetic switching (OOMMF)
I= 7 mA, P=0.7 α=0.01 M. Czapkiewicz
Measurement setup for spin dynamics
• MTJ sample placed in the magnetic field and tilted by a certain degree
• Amplitude modulated RF signal supplied to the MTJ through a bias tee
• Small DC signal measured using lock-in detection
-2000 -1000 0 1000 2000160
200
240
280
320
360
TMR = 100%
RA= 3.5 m2
Angle 60°
Re
sis
tan
ce [
Oh
m]
Field [Oe]
Bias tee
GHz generator
+ AM
Voltage/current
sourcemeter
Lock-in
amplifier
Ref
8kHz
Freq sweep
2 – 10 GHz
Nanopillar with coplanar wave guide
130 nm
230 nm
leads 50
Measurement setup for spin dynamics
W. Skowroński
ST-FMR oscillations
• MTJ supplied with a RF signal
• Generates DC voltage at tunable resonant
frequency
• Inverse effect
applicable as
microwave
generator
3 4 5 6 7
0
5
10
15
20
Vm
ix (
V)
Frequency (GHz)
External magnetic
field (Oe)
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.50
2
4
6
8
10
12
FL AP
FL P
Kittel formula fit
Fre
qu
ency
(G
Hz)
Field (kOe)
