CC BY
48
С.П. Малюков, В.И. Куропатка ЭМС И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ В ТЕХНИКЕ
Явление экстраординарного магнитосопротивления (ЭМС) открывает новые горизонты развития технологии магнитной записи и других областей техники. ЭМС возникает в структурах, не содержащих магнитных материалов, что может существенно улучшить шумовые характеристики тракта магнитной записи. Созда-, , , превышающих аналогичные у магнитных головок, основанных на других видах магнитосопротивления. Также возникает возможность проектирования нового высокотехнологичного семейства субмикронных магнитных датчиков. В данной статье даётся обзор проведенных ранее исследований и оценка перспектив развития новых технологий на основе ЭМС.
Представим себе следующую модель: в брусок из узкозонного полупроводника встроен платиновый диск, а на конец бруска подаётся электрический ток. Это приводит к тому, что ток течет через диск и сопротивление всей структуры оказы-.
искажаются таким образом, что ток идёт в обход диска по полупроводнику, в результате чего сопротивление структуры, что очевидно, резко возрастает. Это базовая модель, позволяющая объяснить механизм эффекта ЭМС [1].
Первое, на что нужно обратить внимание, это на те материалы, в которых наблюдается эффект ЭМС. Большой интерес представляют собой гибридные фер-
. , гибрид ТпАбМп/МпАб, полученный эпитаксией из парообразной фазы [2]. Матрица (1п, Мп)Аб является парамагнетиком при температуре свыше 2 К, а нанокластеры МпАэ - ферромагнетики с температурой Кюри более 320 К [3]. Приведем фотографию структуры такого типа, полученную с помощью просвечивающего электронного микроскопа (рис.1).
Рис.1. Гибридная ферропарамагнитная гетероструктура
Следует отметить, что диаметр кластера может варьироваться от 35 до 120 , - 15 150 150 1000 .
Покажем зависимость свойств такой структуры от размеров кластера при наличии внешнего поля( В=12 Тл). При наличии кластеров в структуре наблюдается увеличение позитивного магниторезистивного эффекта с уменьшением их раз-( .2).
Рис. 2. Зависимость ферропарамагнитной гетероструктуры от размера кластера
При размерах кластера и температуре, близких к оптимальным, зависимость относительного увеличения сопротивления от индукции приложенного поля показана на рис.З.
р {Н ') - р (0 ■)
О 2 4 0 8 10 12
Рис.3. Зависимость относительного увеличения сопротивления от индукции
приложенного поля
Как видно из рисунка (см. рис.3), в структуре, не содержащей кластеров, магниторезистивный эффект проявляется значительно слабее, чем в присутствии .
Наблюдаемое магнитосопротивление качественно объясняется специфическим спиновым взаимодействием кластеров и носителей с парамагнетической матрицей [4]. Магниторезистивный эффект увеличивается в образцах ваАБ: Мп/МпАб, полученных с помощью тех же процедур, что и рассмотренная структура. Это объ-, -ны запрещённой зоны используемого полупроводника и магнитотранспортной геометрии [5].
Наличие в полупроводниковых материалах явления ЭМС открывает возможность создания нового поколения магниторезистивных головок, способных
работать с поверхностной плотностью записи 1 Тбит/дюйм2 [6]. Структуры, обла-, , нежели индукционные обмотки. Отсутствие последних является большим плюсом исследуемого типа магнитных головок, т.к. ввиду этого возможно их масштабирование до мезоскопических размеров без потери чувствительности [7].
При создании таких устройств возникают трудности, в основном связанные
,
, .
показал способность работать с поверхностной плотностью записи 700 Гбит/
дюйм' 2 [8]. Это значение очень велико по сравнению со значениями, достигнутыми , . перспективность и привлекательность использования явления ЭМС в магнитной ,
является единственным преимуществом новой технологии. К таковым относятся и возможность достижения небывало высокой скорости считывания, и относительная дешевизна производства [9].
Еще одним направлением использования ЭМС является создания магнитных датчиков мезоскопических размеров. Для изучения свойств полупроводников была создана гибридная структура, состоящая из двумерной электронной системы, внедрённой в гетероструктуру ваАБ и золотой плёнки толщиной 500 нм [10] (рис.4).
Рис.4. Гибридная структура
Сопротивление такой структуры под действием магнитного поля может увеличиваться в 500 и более раз по сравнению с первоначальным. Такие результаты позволяют говорить о том, что на основе этого эксперимента можно создать новую технологию производства магнитных сенсоров высокой чувствительности. Также была обнаружена интересная закономерность: чем меньше размеры датчика, основанного на ЭМС, тем он чувствительнее.
Для иллюстрации новой технологии в действии, с помощью современной
-
высокой мобильности, построенная на эффекте Холла [11]. Сенсоры использовались как локальные зонды для исследования намагниченности в наноструктуре ( .5).
Подаваемый
ток
Еаллис-ическая
электронная
пушка
^/Измеритель
напряжения
Рис. 5. Наноструктура ферромагнетика
Если луч попадает в неоднородное поле, то электроны непременно отклоняются под действием силы Лоренца. Обнаружено, что луч экстремально чувствителен к изменениям в параметрах магнитного поля. Такой принцип уже используется для исследования поля рассеяния на субмикронном уровне [12].
, -ния новых технологий и усовершенствования существующих видов техники. Оче-,
датчиков прибавится масса новых разработок. Новый вид магнитосопротивления схож по своей сути с ранее открытыми, однако обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с ними, если речь идёт о практическом применении. Можно сделать вывод, что перспективы развития новых технологий на базе ЭМС огромны: это возможность создания новых классов полезных устройств, а также возможность проведения теоретических исследований, которые обогатят знания современной науки о магнетизме в наноструктурах.
1. Солин С. Субмикронные магнитные сенсоры. В мире науки, ноябрь 2004. - С.45-55.
2. Ye S., Klar P. J., Th.Hartmann, Lampalzer M., Heimbrodt W. The Extraordinary Magnetore-sistance & Hall Effect in GaMnAs/MnAs Hybrids, - pp.10-12.
3. Shuangli Ye, Peter J. Klar, Wolfram Heimbrodt, Michael Lampalzer, Kerstin Volz, and Wolfgang Stolz Magneto-transport in MnAs/GaAs:Mn paramagnetic-ferromagnetic hybrids grown by MOVPE and obtained by annealing of MBE-grown (Ga,Mn)As - Department of Physics and Material Sciences Center, Philipps-University of Marburg, Germany - pp. 3-7.
4. Holz M., Kronenwerth O., and Grundler D. Optimization of semiconductor-metal hybrid structures for application in magnetic-field sensors and read heads, Appl. Phys. Lett. 83, 3344
5. Grundler D., Hengstmann T.M., Klockmann N., Heyn Ch., and Heitmann D. Bend-resistance nanomagnetometry: spatially resolved magnetization studies in ferromagnet/semiconductor hybrid structures, Physica E 12, 248.
6. Курейчик B.M., Милюков С.П., Обжелянский С.А. «Автоматизация проектирования магнитных головок для устройств накопления магнитной записи», - Таганрог: Изд-во ТРТУ. - С. 10-30.
7. . . « -
ночной магниторезистивной головки», Труды международной научно-технической конференции IEEE CAD AIS’04. - С. 22-24.
8. PopovicR. S., Hall Effect Devices Hilger, Bristol. - pp. 24-35.
9. S.A. Solin Nonmagnetic Semiconductors as Read-Head Sensors for Ultra-High-Density Magnetic Recording - Applied Physics Letters, Vol. 80, Issue 21
10. Kronenwerth O., HolzM., Grundler D. Nanostructured EMR sensors, Hall and bend resistance magnetometers - http://www.physnet.uni-hamburg.de/ - pp.2-10.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
і'З
11. Andreas Wittmann, Dirk Grundler Hybrid ferromagnet/semiconductor nanostructures on a cleaved (110) InAs surface: spin-valve effect and extraordinary magnetoresistance - Institut fur Angewandte Physik und Zentrum fur Mikrostrukturforschung, Universitat Hamburg, Hamburg, Germany. - pp.1-8.
12. Moller C.-H., Kronenwerth O., Ch. Heyn, Grundler D. Low-noise magnetic-flux sensors based on the extraordinary magnetoresistance effect - Appl. Phys. Lett. 84, 3343.
C.H. Никольский
МОДЕЛИ ПРОЦЕССА МОДЕЛИРОВАНИЯ: КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ
МЕТАБАЗИСЫ
В современных исследованиях в области методологии синтеза информационных систем все чаще используется понятие метамодели, которое имеет прямое отношение к логической проблеме значений утверждений языка. В настоящей статье исследуется связь данной проблемы со структурой метаонтологии, являющейся основной составляющей онтологической системы представления знаний, определяющей свойство ее универсальности как среды обобщенного, концептуального моделирования.
- -
ния языка связывают с семантическими маркерами [1]. Совокупности таких маркеров можно называть концептуальными базисами языка £(H), веделяя в нем язык-объект £1(H) и метаязыки семантических и логических значений. Метаязыки семантических значений будем называть Н-метадзыками, а предложения Н-метаязыков - модельными значениями предложений языка-объекта £1(H).
( ) , £( ( )), -волов-элементов концептуального базиса С(В) грамматическими правилами Gramm, есть совокупность предложений, соответствующих обобщенным утверждениям о значениях символов и предложений языка £1(H). Следовательно, язык £( ( )) - , -цептуальных моделей. Элементы С(В) часто называют сематическими категорями языка-объекта £1(H). В лингвистических исследованиях семантические категории
[1].
Концептуальный базис языка-объекта не является единственным. В качестве концептуального базиса (с-б^иса) языка можно выбрать совокупность понятий, уровень общности которых считается достаточным для построения модели значения переменной H из диаграммы переноса модели [6], соответствующей понятию «предметной области».
Собственно языком моделирования является не весь £(H), а языки £(С(В)), порожденные концептуальными базисами, в которых задаются модельные значения предложений языка-объекта £1(H).
Универсальность, свойственная формальной метаонтологии [3], соответствует такому уровню общности понятия, когда в качестве его области соотнесения может рассматриваться весь универсум UH в целом. Следовательно, в концептуальный базис языка-объекта £1(H), который задает Н-метаязык, соотвествующий уровню метаонтологии должны включаться предельно широкие по соотнесенности , -ния сохранения смысла. Такие понятия можно назвать универсальными. Если в качестве элементов концептуального базиса С(В) выбрать универсальные понятия,
