Titlul proiectului

SISTEME MAGNETOREZISTIVE ŞI CU INJECŢIE DE SPIN NANOSTRUCTURATE ÎN GEOMETRII MULTISTRAT ŞI NON-LOCAL

REZUMATUL PROIECTULUI

Transportul şi manipularea spinului în sisteme spintronice nanostructurate reprezintă baza unor aplicaţii tehnologice de vârf în domeniile magnetoelectronică, tehnica de calcul, biotehnologia, etc. Cercetările actuale în domeniul sistemelor spintronice sunt focalizate pe: noi tipuri de materiale cu polarizare de spin mare; înţelegerea mecanismelor care stau la baza transportului de spin şi a cuplajului magnetic şi polarizării de schimb dintre straturile feromagnetice, respectiv dintre straturile feromagnetice şi antiferomagnetice; găsirea de tehnici noi de caracterizare fizică specifice sistemelor spintronice şi domeniului NANO; fundamentarea unor instrumente teoretice de bază pentru descrierea fenomenelor specifice domeniului spintronicii. Cercetările care vor fi dezvoltate în cadrul proiectului vor fi axate pe realizarea de noi sisteme spintronice nanostructurate de tip valve de spin GMR (Giant Magnetoresistance) – CPP (Current Perpendicular to Plane), structuri MTJ (Magnetic Tunneling Junctions), valve de spin în geometrice non-local , în vederea creşterii semnalului de răspuns şi al sensibilităţii specifice la temperatura mediului, înţelegerii şi explicării unor mecanisme responsabile de mărimea acestor caracteristici şi îmbunătăţirii stabilităţii lor termice, cu focalizare pe aplicaţii ţintă. Vor fi dezvoltate activităţi de cercetare avansată axate pe: prepararea şi caracterizarea de noi tipuri de materiale feromagnetice şi antiferomagnetice; proiectarea de noi tipuri de nanoarhitecturi multistrat şi planare; studiul efectelor de interfaţă şi al nanostructurării asupra caracteristicilor fizice specifice sistemelor spintronice; dezvoltarea de modele teoretice noi pentru explicarea mecanismelor responsabile de optimizarea caracteristicilor fizice specifice sistemelor spintronice.

OBIECTIVE / ACTIVITĂŢI / REZULTATE ESTIMATE

OBIECTIVUL 1/2009: Noi materiale feromagnetice sub formă de straturi subţiri pentru valve de spin GMR şi structuri MTJ. Structuri GMR şi MJT unpinned - FM/NM/FM.

ACTIVITĂŢI/2009:

1.1. Prepararea de straturi subţiri feromagnetice amorfe: soluţii noi de material; studiul anizotropiei în plan şi perpendiculare; corelarea condiţiilor de preparare şi tratament, grosimii straturilor, structurii şi morfologiei /rugozităţii superficiale a acestora cu proprietăţile magnetorezistive specifice structurii unpinned FM/NM/FM.

1.2. Studii asupra aspectelor de cuplaj magnetic dintre straturile feromagnetice. Studii morfologice, aspecte de anizotropie magnetică. Specificităţi morfologice de suprafaţă şi/sau interfaţă corelate cu caracteristicile magnetice şi cu condiţiile de procesare.

OBIECTIVUL 2/2009: Polarizarea de schimb în structuri bilayer FM/AFM şi trilayer FM/AFM/FM.

ACTIVITĂŢI/2009:

2.1. Studiul polarizării de schimb pentru diferite combinaţii de materiale FM şi AFM în varianta bilayer şi trilayer: efecte de interfaţă şi de volum, efectul grosimii straturilor FM şi AFM.

2.2. Studiul influenţei tratamentelor termice şi /sau magnetice aplicate în timpul sau după procesarea straturilor subţiri FM şi AFM asupra nivelului rugozităţii la interfeţe şi asupra efectelor de polarizare de schimb.

2.3. Optimizarea efectului de polarizare de schimb prin utilizarea de noi tipuri de materiale antiferomagnetice (ex. oxizi metalici, FM/AFM/FM- antiferomagnet sintetic).

REZULTATE ESTIMATE/2009:

- 2 lucrări comunicate la manifesăari ştiinţifice internaţionale organizate în ţară (conferinţa CAS 2009 – Sinaia, România; coferinţa ROCAM 2009, Braşov, România)

- 2 articole (1 articol publicat într-o revistă indexată în baze de date internaţionale şi 1 articol publicat/acceptat pentru publicare într-o revistă cotată ISI)

OBIECTIVUL 3/2010: Noi tipuri de valve de spin GMR – CPP pinned (FM/NM/ FM/AFM).

ACTIVITĂŢI/2010:

3.1. Prepararea de noi tipuri de valve de spin GMR – CPP pinned (FM/NM/FM/AFM). Corelarea condiţiilor de preparare şi tratament, a grosimii straturilor şi rugozităţii la interfeţe cu proprietăţile magnetice şi magnetorezistive. Preparare GMR – CPP cu anizotropie în plan sau perpendiculară - studii comparative.

3.2. Optimizarea răspunsului şi sensibilităţii GMR precum şi stabilităţii termice prin: noi soluţii de material – utilizarea de materiale cu polarizare de spin mare (ex. aliaje Heusler) şi noi aspecte de design -AFM sintetic. Influenţa straturilor suplimentare, seed /buffer şi capping layers, asupra caracteristicilor GMR specifice.

OBIECTIVUL 4/2010: Noi tipuri de nanostructuri MTJ pinned (FM/NM/FM/AFM).

ACTIVITĂŢI/2010:

4.1. Prepararea de noi structuri MTJ pinned (FM/NM/FM/AFM). Corelarea condiţiilor de preparare şi tratament şi grosimii straturilor cu proprietăţile magnetice şi de tunelare magnetică specifice structurii FM/NM/FM.

4.2. Optimizarea răspunsului şi sensibilităţii TMR precum şi stabilităţii termice prin: noi soluţii de compoziţionale şi aspecte de design – utilizare AFM sintetic. Influenţa straturilor suplimentare, seed /buffer şi capping layers, asupra caracteristicilor TMR specifice.

4.3. Studiul influenţei nanostructurarii asupra caracteristicilor GMR şi TMR şi stabilităţii termice: efectul aspectului de formă. Influenţa compoziţiei şi a grosimii straturilor asupra caracteristicilor GMR şi TMR . Noi aspecte de design în structura verticală (GMR-CPP).

OBIECTIVUL 5/2010: Prepararea de benzi feromagnetice rectangulare simple şi cu contacte electrice.

ACTIVITĂŢI/2010:

5.1. Proiectarea şi realizarea de măşti mecanice pentru benzile feromagnetice rectangulare utilizând tehnica de litografiere cu fascicul de electroni sau tehnica FIB.

5.2. Prepararea de benzi feromagnetice rectangulare simple şi cu contacte electrice. Studiul influenţei compoziţiei benzilor feromagnetice şi a aspectului de formă asupra proceselor de magnetizare.

REZULTATE ESTIMATE /2010:

- 3 articole (2 articole publicate/acceptate pentru publicare în reviste indexate ISI şi 1 articol publicat/acceptat pentru publicare într-o revistă indexată în baze de date internaţionale).

- 3 lucrări comunicate la manifestări ştiinţifice internaţionale (Joint European Magnetic Symposia JEMS din 2010, International Symposium on Metastable Amorphous and Nanostructured Materials - ISMANAM 2010, Joint International Conference Materials for Electrical Engineering MmdE 2010 - Bucureşti).

OBIECTIVUL 6/2011: Noi tipuri de nanostructuri MTJ pinned (FM/NM/FM/AFM).

ACTIVITĂŢI/2011:

6.1. Proiectarea şi realizarea de măşti mecanice prin tehnica de litografiere cu fascicul de electroni şi/sau tehnica FIB. Stabilirea succesiunii operaţiilor de depunere /mascare /nanostructurare. Prepararea de structuri valve de spin laterale. Studiul influenţei aspectului de formă asupra eficienţei injecţiei de spin – elaborarea unui model teoretic nou. Studiul injecţiei de spin în structuri cu interfeţe ‘transparente’.

6.2. Acumulare de spin în valve de spin laterale FM/NM/FM: influenţa distanţei dintre electrozi şi banda nemagnetica asupra acumulării de spin. Efectul nanostructurării şi configuraţiei probei asupra eficienţei injecţiei de spin.

OBIECTIVUL 7/2011: Injecţia de spin în structuri valve de spin laterale cu contacte barieră tunel. Studiul comportării în funcţie de frecvenţă.

ACTIVITĂŢI/2011:

7.1. Influenţa compoziţiei electrozilor, a straturilor barieră şi a materialului nemagnetic asupra caracteristicilor magnetice şi ale acumulării de spin.

7.2. Studiul eficienţei injecţiei de spin în valve de spin laterale cu contacte barieră tunel. Efectul nanostructurării asupra eficienţei injecţiei de spin. Efectul configuraţiei probei şi dimensiunilor acesteia asupra semnalului valvă de spin.

7.3. Studiul comportării în funcţie de frecvenţă a caracteristicilor magnetorezistive şi a acumulării de spin. Modelarea dinamicii proceselor de magnetizare pe baza unor modele teoretice noi. Identificarea de noi aplicaţii.

REZULTATE ESTIMATE /2011:

- 2 articole publicate /acceptate pentru publicare în reviste indexate ISI.

- 2 lucrări comunicate la manifestări ştiinţifice internaţionale (Soft Magnetic Materials Conference - SMM 20/2011, International Symposium on Metastable Amorphous and Nanostructured Materials - ISMANAM 2011).

BUGETUL PROIECTULUI:

1. 000. 000 lei

DATELE DE CONTACT ALE DIRECTORULUI DE PROIECT

Dr. Maria URSE
Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică Tehnică - IFT Iaşi, Bulevardul Mangeron, nr. 47, 700050, Iaşi, România

Tel. + 40 232 430680, Fax + 40 232 231132, e-mail: urse@phys-iasi.ro.