Електронні транспортні ефекти у багатошарових плівкових системах

(27)

Якщо ж на товщині шару укладається парне число півхвиль, тобто

,

то , оскільки у цьому випадку на товщині плівки укладається рівна кількість областей стиснення і розтягнення кристалічної

гратки металу, електрон при своєму русі на довжині вільного пробігу то прискорюється, то гальмується і не змінює своєї енергії.

Дифузна взаємодія носіїв заряду з інтерфейсами ДП та БП суттєво змінює розмірну залежність коефіцієнта згасання у зазначених зразках при довільній орієнтації хвильового вектора відносно МПШ. Зі збільшенням товщини шару коефіцієнт згасання зменшується, що обумовлено збільшенням відносної кількості носіїв заряду, що дифузним чином розсіюються на інтерфейсах зразків, і при величина зазначених зразків асимптотично прямує до свого об'ємного значення. Якщо звукова хвиля поширюється уздовж нормалі до інтерфейсів, то в області сильної просторової дисперсії коефіцієнт поглинання осцилює зі зміною , причому виникають гармоніки, які зв'язані не лише з рухом носіїв заряду в кожному шарі , а й рухом електронів, які перетинають всю товщину двошарової плівки й елемента періодичності мультишару.

У даному розділі також проаналізовано вплив дифундуючих домішок на коефіцієнт поглинання звукової енергії, а також теоретично обґрунтовано акустичний аналог ефекту гігантського магнітоопору. Показано, що усі особливості ГМРЕ, які спостерігаються у магнітних багатошарових плівках і докладно розглянуті у розділі 2, притаманні і для акустичного аналога ефекту ГМО, який обумовлений асиметрією СЗР носіїв заряду в об'ємі шарів металу і на їх інтерфейсах. Кількісно ефект ГМО можна охарактеризувати величиною

,

де і - коефіцієнти поглинання в магнітному зразку з - та - конфігураціями відповідно, його амплітуду можна розрахувати за формулами (3), (5) і (6), в яких у лівій частині необхідно зробити заміну .

Таким чином, досліджуючи коефіцієнт згасання звукової енергії в одно-та багатошарових плівкових системах при різній поляризації звукового вектора, можна визначити не лише ступінь дзеркальності меж зразків, а й параметри перенесення.

У висновках подано перелік та стислу характеристику основних результатів дисертаційної роботи.

Висновки

Проведені у дисертаційній роботі дослідження дали можливість здійснити подальший розвиток наукового напрямку “Кінетичні явища у багатошарових магнітних та немагнітних плівкових системах”. У результаті були сформульовані такі узагальнюючі висновки:

1. Уперше з використанням квазікласичного наближення для феромагнітного металу Мотта побудована загальна (при довільних значеннях параметрів задачі, які входять до кінцевого результату розрахунків) теорія гігантського магніторезистивного ефекту для магнітних багатошарових плівок і сандвічів та встановлені такі закономірності:

· вплив шорсткостей меж провідників на амплітуду ефекту визначається конфігурацією центрів, що асиметрично розсіюють електрони з різною поляризацією спіну;

· у випадку, коли ефект гігантського магнітоопору (ГМО) обумовлений асиметрією інтерфейсного спін - залежного розсіяння (СЗР) носіїв заряду, а зазначені вище центри розміщені в інтерфейсах зразків, збільшення ймовірності дзеркального розсіяння електронів на межах поділу шарів металу призводить до зменшення ефекту внаслідок зменшення ймовірності проходження електронів у сусідні шари металу і відповідно до зменшення магнітної взаємодії між магнітними шарами;

· при будь - якій іншій конфігурації центрів, що розсіюють електрони, їх дзеркальне відбиття призводить до збільшення рівня ефекту внаслідок збереження електроном своєї “пам'яті” про свій спін, і він залишається ефективним;

· зміна знака ГМО можлива лише для несиметричних зразків з асиметричним СЗР носіїв заряду в об'ємі шарів металу та на їх інтерфейсах з проходженням у сусідні шари металу;

· урахування залежності параметрів дзеркальності від кута падіння електрона на межі зразка не приводить до висновку про оптимальні шорсткості, при яких ефект максимальний, оскільки його величина монотонно зменшується зі зростанням шорсткості інтерфейсів та виходить на насичення;

2. Уперше побудовано теорію гігантського магнітоопору у багатошарових плівках з полікристалічною структурою та показано, що:

· у випадку, коли ефект ГМО обумовлений асиметрією СЗР електронів на інтерфейсах зразка, розсіяння носіїв заряду на межах зерен призводить до зменшення амплітуди ефекту внаслідок втрати “пам'яті” електрона про свій спін (носій заряду стає неефективним);

· якщо ж домінуючим механізмом СЗР електронів є їх розсіяння в об'ємі магнітних шарів, то у випадку, коли шари мають крупнозернисту структуру, розсіяння носіїв заряду на МЗ призводить до зменшення рівня ефекту, в той самий час як для зразків з дрібнозернистою структурою ГМО буде обумовлений асиметричним розсіянням електронів на міжкристалітних межах, і амплітуда ефекту буде збільшуватися.

3. Уперше з використанням модифікованої моделі Маядаса - Шацкеса побудована загальна теорія кінетичних ефектів, яка дозволила лінеаризувати точні співвідношення, які пройшли експериментальну перевірку, та встановити такі загальні закономірності:

· у разі виконання нерівностей , де - транспортний коефіцієнт (провідність, температурний коефіцієнт опору, коефіцієнт тензочутливості тощо) у му шарі металу, - відношення провідностей у сусідніх шарах металу, величина коефіцієнтів монотонно збільшується (зменшуються) зі зростанням товщини шарів;

· у випадку, коли та , на розмірній залежності коефіцієнтів виникає мінімум (максимум), який обумовлений конкуренцією об'ємного, інтерфейсного та зерномежового розсіяння носіїв заряду;

· якщо основним механізмом релаксації носіїв заряду є їх розсіяння на межах зерен, температурний коефіцієнт опору може набувати від'ємного значення;

· обробка даних експериментальних досліджень провідності, температурного коефіцієнта опору тощо зразків за допомогою отриманих лінеаризованих співвідношень показала, що розрахункові та експериментальні значення задовільно узгоджуються з точністю до 20%.

4. Уперше запропоновано теорію осциляційного гальваномагнітного ефекту в багатошарових плівках та здійснено подальший розвиток уявлень про зазначений ефект у двошарових плівках. Було встановлено:

· що в області слабкого магнітного поля, коли його вплив на балістичний рух носіїв заряду незначний, і при досконалих зовнішніх межах та інтерфейсах опір монотонно змінюється зі зміною товщини плівок. Наявність шорсткостей меж та інтерфейсів викликає конкуренцію об'ємного та інтерфейсного розсіяння носіїв заряду, що приводить до немонотонної розмірної залежності опору зазначених зразків;

· в області сильного поля, коли електрони рухаються по гвинтових траєкторіях, внаслідок втрати кореляції між падаючим та відбитим (або носієм заряду, що пройшов у сусідній шар металу) опір осцилює зі зміною поля, а амплітуда осциляцій визначається величиною шорсткостей меж, інтерфейсів і дефектністю структури шарів.

5. Уперше розглянуто вплив взаємної дифузії металів на провідність багатошарових моно - та полікристалічних плівок та здійснено подальше його вивчення на кінетичні характеристики в одно - та двошарових плівках. З отриманих простих модельних виразів випливає, що:

· при невеликому часі відпалювання, за зміною, зокрема провідності у результаті відпалу, можна розрахувати коефіцієнти об'ємної та зерномежової дифузії;

· при збільшенні часу відпалювання глибина проникнення атомів домішок в об'єм плівки визначається її товщиною, і визначення зазначених коефіцієнтів зводиться до знаходження мінімального часу відпалу такого, що при подальшому відпалюванні транспортні характеристики провідника не змінюються;

· при подальшому відпалюванні розподіл атомів домішок стає практично однорідним за товщиною, що дозволяє знайти зв'язок між коефіцієнтом об'ємної дифузії та ефективною довжиною вільного пробігу, а також зв'язок між коефіцієнтом зерномежової дифузії та ефективним зерномежовим параметром, що дозволяє також визначити зазначені коефіцієнти дифузії.

6. Уперше проаналізований осциляційний акустоелектронний ефект в одно - та багатошарових плівках та показано, що величина деформаційного коефіцієнта поглинання визначається ступенем шорсткостей меж та інтерфейсів, а саме:

· при дзеркальному відбитті електронів межами зразків не змінюється ефективне число електронів, які взаємодіють зі звуковою хвилею, і вони не руйнують синхронності руху електронів, які поглинають енергію на усій довжині вільного пробігу, внаслідок чого коефіцієнт поглинання зростає ;

· зі збільшенням ступеня шорсткості меж зменшується відносне число ефективних електронів, що призводить до зменшення коефіцієнта згасання, а у дво - та багатошарових плівках внаслідок дифузного розсіяння електронів на інтерфейсах коефіцієнт поглинання енергії немонотонно залежить від товщини шарів;

· у випадку, коли звукова хвиля поширюється по нормалі до інтерфейсів зразків, в області сильної просторової дисперсії коефіцієнт поглинання осцилює зі зміною довжини хвилі, внаслідок того, що його величина залежить від кількості областей стиснення та розтягнення кристалічної гратки, що укладаються на товщині шару металу;

· аналіз акустичного аналога ефекту гігантського магнітоопору показав, що зазначений ефект обумовлений асиметрією спін - залежного розсіяння електронів у об'ємі шарів металу та на їх інтерфейсах і має ті самі розмірні залежності, що і ефект гігантського магнітоопору.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Дехтярук Л.В., Проценко І.Ю., Чорноус А.М. Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології.- 2008. -Т.6, №1. - С.1-8.

2. Shkurdoda Yu.A., Dekhtyaruk L.V., Loboda V.B. The effect of giant magnetoresistance in structure // Functional materials. -2008. - V.15, №1. - Р.38-45.

3. Дехтярук Л.В. Ефект гігантського магнетоопору в магнетних сандвічах //Металлофиз. новейшие технол. - 2008. - Т.30, №2. - С.219-234.

4. Дехтярук Л.В., Проценко І.Ю. Осциляційний гальваномагнетний ефект у тонких шарах металу за наявности дифундуючого шару домішок // Журнал фізичних досліджень. - 2007. -Т.11, №4. - С.415-420.

5. Дехтярук Л.В., Проценко І.Ю., Чорноус А.М. Транспортні розмірні ефекти у двошарових полікристалічних плівках // Успехи физ. мет. - 2007. - Т.8, №1. - С.21-64.

6. Influence of diffusion impurities on the electrical conductivity of single - crystal and polycrystalline metal films / A. M. Chornous, L. V. Dekhtyaruk, T.P. Govorun, A.O. Stepanenko // Металлофиз. новейшие технол. - 2007. - Т.29, №2. - Р.249-266.

7. Дехтярук Л.В. Осцилляционный гальваномагнитный эффект в двухслойных металлических пленках // Изв. ВУЗ. Физика.- 2007.- Т.50, №7. - С.26 - 33.

8. Dekhtyaruk L.V. The oscillatory galvanomagnetic size-effect in multilayered structures // Central Europ. J. Phys. - 2007. -V.5, №1. - P.91-102.

9. Дехтярук Л.В. Акустоелектронний розмірний ефект у металевих мультишарах // Металлофиз. новейшие технол. -2007.-Т.29, №1.-С.7-19.

10. Dekhtyaruk L.V. Influence of interdiffusion on the electrical conductivity of multilayered metal films // Central Europ. J. Phys.-2006.-V.4, № 1. - P.73-86.

11. Conductivity and temperature coefficient of resistance of multilayered polycrystalline films / A. Chornous, L. Dekhtyaruk, M. Marszalek, I. Protcenko // Cryst. Res. Technol. - 2006. - V.41, №4. - P.388-399.

12. Dekhtyaruk L.V., Pazukha I.M., Protcenko I.Yu. Procedure for estimating the contribution of interface scattering of electrons to the specific resistance and the temperature coefficient of resistance of films // Ukr. J. Phys. - 2006. - V.51, №7. - P.728-732.

13. Проводимость двухслойных моно-и поликристаллических слоев металла в условиях взаимной диффузии / Л.В. Дехтярук, И.М. Пазуха, С.И. Проценко, И.В. Чешко // ФТТ. - 2006. - Т.48, Вып.10. - С.1729-1739.

14. Дехтярук Л.В. Вплив дифундуючого шару домішок на осциляційну залежність коефіцієнта поглинання звукової енергії у тонких шарах металу //Фізика і хімія твердого тіла. - 2006. - Т.7, №3. - С.450-456.

15. Дехтярук Л.В., Проценко И.Е. Эффект тензочувствительности в металлических мультислоях // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. - 2006. - Т.4, №3. - С.695-705.

16. Дехтярук Л.В., Проценко І.Ю. Термоелектричні ефекти у багатошарових полікристалічних структурах // Фізика і хімія твердого тіла. - 2005. - Т.6, №4. - С.576-582.

17. Conductivity and the temperature coefficient of resistance of two - layer polycrystalline films / L. V. Dekhtyaruk, S. I. Protcenko, A. M. Chornous, I. O. Shpetnyi // Ukr. J. Phys. - 2004. - V.49, № 6. - P.587-597.

18. Ефект тензочутливості у тонких металевих полікристалічних плівках /Л.В. Дехтярук, Є. О. Забіла, С.І. Проценко, А.М. Чорноус // Металлофиз. новейшие технол. - 2004. - Т.26, № 10. - С.1333-1345.

19. Dekhtyaruk L.V., Kolesnichenko Yu.A., Peschansky V.G. Kinetic phenomena in metallic multilayers / by I.M. Khalatnikov, Cambridge Scientific Publishers // Physics Reviews. - 2004. - V.20, № 4. - P.3-113.

20. Дехтярук Л.В. Розмірний акустоелектронний осциляційний ефект у металевих двошарових плівках // Фізика і хімія твердого тіла. - 2003. - Т.4, № 1. - С.105-111.

21. Дехтярук Л.В. Осцилляционный акустоэлектронный эффект в мультислоях // Металлофиз. новейшие технол. - 2003. - Т.25, № 10. - С.1265 - 1278.

22. Дехтярук Л.В. Осцилляционная зависимость коэффициента затухания звука в тонких слоях металла // Изв. ВУЗ. Физика. - 2003. - Т.46, №9. - С.19 - 25.

23. Дехтярук Л.В. Размерный осцилляционный акустоэлектронный эффект в металлах // Металлофиз. новейшие технол. - 2002.-Т.24, № 3.-С.297-312.

24. Білоус О.А., Дехтярук Л.В., Чорноус А.М. Розмірно - кінетичні ефекти у полікристалічних металічних плівках та // Металлофиз. новейшие технол. - 2001. - Т.23, №1. - С.43-50.

25. Дехтярук Л.В. Гигантское поглощение звуковой энергии в магнитоупорядоченных сверхрешетках // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. - 2007. - №1. - С.187-195.

26. Дехтярук Л.В. Гигантский магниторезистивный эффект в магнитоупорядоченных трехслойных пленках // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. - 2007. - №2. - С.115-121.

27. Дехтярук Л.В. Эффект Зондгаймера в двухслойных поликристаллических пленках // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка.- 2006. - №9 (93) - С.71 - 81.

28. Дехтярук Л.В., Проценко І.Ю. Коефіцієнти поздовжньої та поперечної тензочутливості двошарових металевих плівок // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. - 2006. - №6(90). - С.85-93.

29. Дехтярук Л.В. Размерный акустоэлектронный эффект в двухслойных пленках // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. - 2002. - №13 (46). - С.5-14.

30. Розмірні ефекти в термічному коефіцієнті опору та коефіцієнті розсіювання електронів на межі зерен у тонких металевих плівках / О.А. Білоус, Л.В. Дехтярук, С.І. Проценко, А.М. Чорноус // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. - 2001. - №3 (24) - 4 (25). - С.67-73.

31. Дехтярук Л.В., Колесніченко Ю.О. Провідність металевих мультишарів з полікристалічною структурою // Науковий вісник Чернівецького університету. Фізика. - 1998. - Вип.40. - С.100 - 104.

32. Температурный коэффициент сопротивления мультислоев с поликристаллической структурой / Л.В. Дехтярук, М. Маршалек, И. Е. Проценко, А.Н. Чорноус // Физ. инж. поверхн. - 2004. - Т.2, № 1-2. - С.60-68.

33. Dekhtyaruk L. V. The acoustical analog of the giant magnetoresistance effects in magnetic multilayered structures // Materials International сonference on nanoscience and technology. - Basel, Switzerand, 2006. - P.880.

34. Dekhtyaruk L. V., Protcenko I.Yu. Negative and positive effects of the giant magnetoresistance in magnetic sandwiches // Materials the 3rd International conference on materials science and condensed matter physics “MSCMP- 2006”. - Chisinau, Moldova, 2006. - P.78.

35. Ефект гігантського магнітоопору у магнітних сандвічах з полікристалічним спейсером / Л.В. Дехтярук, М. Маршалек, С.І. Проценко, І.В. Чешко, А.М. Чорноус // Матеріали Х Ювілейної Міжнародної конференції “Фізика і технологія тонких плівок”. - Івано - Франківськ: ПрУ, 2005. - Т.1. - С.246 - 247.

36. Dekhtyaruk L. V., Marszalek M., Protcenko I.Yu. Giant magnetoresistance effect in magnetic multilayer structures with polycrystalline spacer // Materials International conference “Functional materials”. - Crimea, 2005. - Р.85.

37. Дехтярук Л.В. Эффект гигантского магнитосопротивления в магнитных сандвичах // Материалы 6-й Международной конференции “Физические явления в твердых телах”. - Харьков: ХНУ, 2003. - С.84.

38. Колесніченко Ю.О., Дехтярук Л.В. Осциляційний акустоелектронний ефект у металевих бішарах // Матеріали VIII Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок. - Івано-ранківськ: ПрУ, 2001. - C.132.

39. Влияние толщины на температурный коэффициент удельного сопротивления в пленках металлов / Е.А. Белоус, Л.В. Дехтярук, С.И. Проценко, А.Н. Чорноус // Материалы Третьего всероссийского семинара “Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении”. - Воронеж: ВГТИ, 2000. - С.87-88.

40. Колесниченко Ю.А., Дехтярук Л.В. Акустоэлектронный осцилляционный эффект в тонких слоях металла // Materials International conference MPSL ”99. - Sumy: SSU, 1999. - C.58.

Анотация

Дехтярук Л.В. Електронні транспортні ефекти у багатошарових плівкових системах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Сумський державний університет. ? Суми, 2008.

У дисертації наведені результати дослідження спін - поляризованого електронного транспорту в періодичних магнітних мультишарах та сандвічах, а також кінетичних ефектів у двошарових (ДП) та багатошарових (БП) плівках з моно - та полікристалічною структурою. Передбачено, що вплив шорсткостей інтерфейсів та меж зерен на амплітуду ефекту гігантського магнітоопору визначається конфігурацією центрів, які асиметрично розсіюють електрони, а величину та зміну знака (інверсію) зазначеного ефекту можна визначити за отриманими модельними формулами. Отримання загальних виразів для транспортних коефіцієнтів (провідності, температурного коефіцієнта опору, коефіцієнтів тензочутливості, опору тощо) у ДП та БП, дозволило не лише отримати для них лінеаризовані співвідношення, які пройшли перевірку при обробці даних експериментальних досліджень, а й обґрунтувати їх немонотонну розмірну залежність, яка обумовлена конкуренцією інтерфейсного, зерномежового та об'ємного розсіяння електронів. Наявність ортогонального до інтерфейсів зовнішнього магнітного поля у ДП та БП призводить до немонотонної розмірності залежності опору в області слабкого магнітного поля. Зі збільшенням поля опір зазначених провідників осцилює з його зміною. Взаємна дифузія металів змінює транспортні характеристики провідників, за зміною яких можна вивчити процес об'ємної та зерномежової дифузії, та визначити коефіцієнти об'ємної та зерномежової дифузії за отриманими модельними формулами. Дослідження осциляційного акустоелектронного ефекту в одно - та багатошарових плівках показало, що в області слабкої просторової дисперсії коефіцієнт згасання звукової енергії немонотонним чином залежить від товщини шарів, яка має зазначену вище природу, а в області сильної просторової дисперсії коефіцієнт згасання осцилює зі зміною довжини хвилі.

Ключові слова: багатошарові магнітні та немагнітні плівки, транспортні коефіцієнти, внутрішній та зовнішній розмірні ефекти, коефіцієнти об'ємної та зерномежової дифузії.

The summary

L.V. Dekhtyaruk. Electron transport effects in multilayer film systems. -Manuscript.

Thesis for a doctor's degree of physical and mathematical science by speciality 01.04.07-solid state physics. - Sumy State University, Sumy, 2008.

The results of theoretical investigation of the spin-polarized electron transport in periodical magnetic multilayers and sandwiches are presented in the given thesis as well as the results of treatment of kinetic effects both in bilayer films (BLF) and in multilayer films (MLF) both in the case of single-crystal structures and in the case of polycrystalline structures. It is predicted that (i) the influence of interface roughnesses and the grain boundaries on the amplitude of the giant magnetoresistance effect is determined by the configuration of the scattering centers those scatter electrons asymmetrically and (ii) both the value of the effect and it's sign change (the inversion) can be found from the given model formulas. The general formulas for the transport coefficients (electric conductivity, temperature coefficient of the resistance, strain-sensitive coefficients, magnetic resistivity and so on) have been derived both for the case of BLF and for the case of MLF. It provides the possibility to obtain not only the linearized expressions for the coefficients that have been experimentally tested but to justify their non-monotonic size-dependence which is determined by the competition between the interface and bulk scattering. Applying the external magnetic filed normally to the interfaces in BLF and MLF leads to non-monotonic size-dependence of the magnetoresistivity at low magnetic fields. At increasing the value of the field the magnetoresistivity of the structure oscillates with the magnetic field value. The interdiffusion of metals in conductors causes the changes in the transport characteristics. Thus, one may investigate the processes of the bulk diffusion and the grain-boundary diffusion by studying these changes to determine the coefficients of the bulk and grain-boundary diffusion using model formulas which has been obtained in the given work. The oscillatory acoustoelectric effect has been investigated both in single-layer films and in multilayered films. It has been shown that the attenuation coefficient of the sound energy depends non-monotonically on thicknesses of the layers when the spatial dispersion is weak. If spatial dispersion is strong enough, the attenuation coefficient oscillates with the wave-lengths.

Key words: multilayered magnetic and non-magnetic films, transport coefficients, internal and external size-effects, coefficients of the bulk diffusion and the grain-boundary diffusion.

Аннотация

Дехтярук Л.В. Электронные транспортные эффекты в многослойных пленочных системах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.07-физика твердого тела.-Сумской государственный университет. ? Сумы, 2008.

В диссертационной работе приведены результаты исследования спин - поляризованного электронного транспорта в магнитных мультислоях и кинетических явлений в двухслойной и многослойной немагнитных пленках в условиях внешнего (рассеяние носителей заряда на внешних границах) и внутреннего (релаксация электронов на интерфейсах и границах зерен (ГЗ)) размерных эффектов. Показано, что влияние зеркального отражения носителей заряда границами магнитного проводника на амплитуду эффекта гигантского магнитосопротивления (ГМС) определяется конфигурацией рассеивающих центров (РЦ), которые асимметрично рассеивают электроны с разной поляризацией спинов относительно локальной намагниченности в магнитных слоях. Если магнитный образец имеет крупнозернистую структуру, то РЦ в основном сосредоточены либо в объеме слоев, либо в межкристаллитных границах. При объемной конфигурации РЦ, зеркальное отражение носителей заряда от внешних границ и интерфейсов сохраняет «память» электронов о своем спине и амплитуда эффекта ГМС увеличивается вследствие того, что электрон остается эффективным (ответственным за эффект). Противоположная тенденция наблюдается, если РЦ сосредоточены в границах раздела слоев. В этом случае зеркальное взаимодействие электронов с интерфейсами образцов уменьшает взаимодействие между магнитными слоями (эффект каналлирования), что и приводит к уменьшению амплитуды указанного эффекта. При мелкозернистой структуре слоев многослойной пленки, РЦ в основном располагаются в границах зерен (т.к. коэффициент зернограничной диффузии на несколько порядков больше чем коэффициент объемной диффузии) и рассеяние носителей заряда на ГЗ будет асимметричным, что и приводит к увеличению уровня эффекта ГМС. Максимальное значение эффекта ГМС, очевидно, следует ожидать при минимизации эффекта каналлирования, максимизации зеркального отражения внешними границами сандвича и наличия большой асимметрии в объемном и интерфейсном (основной) спин - зависимом рассеянием электронов с прохождением в соседний слой. Анализ размерной зависимости транспортных коэффициентов (проводимости, температурного коэффициента сопротивления, коэффициентов тензочувствительности т.д.) в двух - и многослойных пленках показало их немонотонную зависимость от толщины слоя, что обусловлено конкуренцией объемного и интерфейсного рассеяния носителей заряда. При наложении к указанным образцам внешнего магнитного поля вдоль нормали к их интерфейсам, в области слабого поля снова наблюдается немонотонная зависимость сопротивления от толщины слоя. Увеличение поля приводит к осцилляционной зависимости сопротивления с его изменением, что обусловлено потерей корреляции между электроном, который падает на интерфейс, и отразился от него или прошел в соседний слой. Изучение процесса взаимной диффузии в моно - и поликристаллических проводниках позволяет не только установить характер изменения транспортных характеристик образцов, но и исследовать сам процесс диффузии и определить коэффициенты объемной и зернограничной диффузии. При небольшом времени отжига, слой металла является для атомов диффузанта полубесконечным и, зная изменения проводимости образца в результате отжига и его структурные характеристики, можно определить коэффициенты объемной и зернограничной диффузии. С увеличением времени отжига эффективная глубина проникновения атомов примеси определяется толщиной слоя, и определения указанных коэффициентов сводятся к экспериментальному определению минимального времени отжига образца такого, что при дальнейшем отжиге его транспортные свойства не изменяются. Величина деформационного поглощения энергии возбужденной продольной звуковой волны в одно - и многослойных образцах существенно зависит от степени шероховатостей внешних границ и интерфейсов. Если волна распространяется вдоль нормали к границе слоев, а носители заряда зеркально взаимодействуют с интерфейсами образца, то величина всегда больше своего объемного значения, т.к. зеркальные отражения не изменяют эффективного числа электронов и не разрушают синхронности их движения, и электроны поглощают энергию волны на всей длине свободного пробега. Увеличение шероховатостей образца в области слабой пространственной дисперсии уменьшает коэффициент поглощения, т.к. с одной стороны, ограничение по толщине уменьшается относительное число эффективных электронов, с другой - разрушает синхронность их движения, а размерная зависимость коэффициента поглощения имеет немонотонный характер, которая имеет ту же природу. С увеличением волнового числа коэффициент поглощения энергии становится осциллирующей функцией с изменением длины волны, т.к. ее изменение приводит к изменению количества областей сжатия и растяжения кристаллической решетки которые укладываются на толщине слоя. Анализ акустического аналога эффекта ГМС показал, что указанный эффект обусловлен асимметрией рассеяния электронов с разной поляризацией спина в объеме слоев и на их интерфейсах и имеет те же размерные зависимости и особенности, что и сам эффект ГМС.

Ключевые слова: многослойные магнитные и немагнитные пленки, транспортные коэффициенты, внутренний и внешний размерные эффекты, коэффициенты объемной и зернограничной диффузии

Размещено на Allbest.ru