Реєстраційний номер
0826U004297, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
07-09-2026
Статус
Наказ про видачу диплома
Назва роботи
Термомагнітні ефекти в багатошарових наноструктурах на основі сильних і розбавлених феромагнетиків та антиферомагнетиків
Здобувач
Козлов Олексій Анатолійович,
Керівник Решетняк Сергій Олександрович
Керівник Кравець Анатолій Федорович
Опонент Прокопенко Олександр Володимирович
Опонент Герасимчук Ігор Вікторович
Рецензент Куліш Володимир Вікторович
Рецензент Джежеря Юрій Іванович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
Опис
Козлов О. А. Термомагнітні ефекти в багатошарових наноструктурах на основі сильних і розбавлених феромагнетиків та антиферомагнетиків. — Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 104 Фізика та астрономія. — НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського», Київ, 2026.
Дисертацію присвячено встановленню фізичних механізмів термічно індукованого перемикання міжшарового обмінного зв'язку у п'ятишарових магнітних наноструктурах Fe/Cr/FeCr/Cr/Fe (Кюрі-перемикачах), систематизації режимів їхньої роботи та розробці теоретичних моделей, що описують поведінку цих структур у діапазоні температур 200-400 К.
Актуальність теми зумовлена потребою створення спінтронних пристроїв із зовнішнім керуванням міжшаровим обмінним зв'язком. У класичних структурах Fe/Cr непряма обмінна взаємодія РККІ (Рудермана-Кіттеля-Касуя-Йосіди) визначається товщиною спейсера і слабко піддається зовнішньому впливу після виготовлення. Концепція Кюрі-перемикача усуває це обмеження: введення розбавленого феромагнітного прошарку Fe-Cr з температурою Кюрі поблизу кімнатної забезпечує оборотний перехід між феромагнітним та антиферомагнітним типами зв'язку.
Об'єкт дослідження — є п'ятишарові магнітні наноструктури
Fe(2)/Cr(0,4)/Fe_{x}Cr_{100−x}(0,9)/Cr(0,4)/Fe(2) (товщини в нм) з трьома кон
центраціями заліза в розбавленому прошарку: x = 17,5 ат.%,
x = 20 ат.% та x = 21 ат.%, виготовлені методом DC
магнетронного розпилення на підкладках Si(100). Від кожного зразка відділено
два фрагменти: для магнітометричних вимірювань (VSM, SQUID-VSM) та для
літографічного формування мікросмужок та магнетотранспортних досліджень.
Методи дослідження: DC-магнетронне розпилення, SQUID-VSM магнітометрія, двопровідні вимірювання магнетоопору на літографічно сформованих мікросмужках, а також макроспінові моделі міжшарового обміну (векторна модель когерентного обертання та колінеарна модель метамагнетика) і моделювання методом Монте-Карло з алгоритмом Метрополіса.
Встановлено ефективні температури Кюрі розбавленого прошарку: приблизно 325, 360 та 380 К для x = 17,5; 20 та 21 ат.% відповідно. Виявлено відсутність вираженої одновісної анізотропії в площині зразків: петлі гістерезису при різних кутах прикладення поля практично збігаються, що відповідає моделі обертальної анізотропії. Для зразка з x = 17,5 ат.% детально простежено оборотний перехід від феромагнітного (нижче 240 К) до антиферомагнітного (вище 325 К) типу зв'язку.
На мікросмужках шириною 9, 7 та 4 мкм уперше підтверджено можливість повністю електричного, безпольового перемикання магнітного стану при кімнатній температурі за рахунок джоулевого нагрівання постійним струмом; критична густина струму становить приблизно 1,39×10^11 А/м2. Максимальний ефект гігантського магнетоопору сягає 0,2%.
Побудовано дві макроспінові моделі, які дозволяють відновити температурні залежності білінійної та біквадратичної констант міжшарового обміну з експериментальних петель гістерезису, а також систематизовано чотири характерні температурні режими роботи Кюрі-перемикача. Отримано аналітичний вираз, що пов'язує ефективний параметр міжшарового зв'язку з магнітною сприйнятливістю розбавленого прошарку. Методом Монте-Карло досліджено вплив кластеризації атомів заліза на магнітну сприйнятливість і температуру переходу; встановлено, що ступінь кластеризації є технологічно керованим параметром оптимізації Кюрі-перемикача.
Наукова новизна результатів полягає в експериментальному підтвердженні повністю електричного безпольового перемикання Кюрі-перемикача, демонстрації ефекту гігантського магнетоопору в такій структурі, встановленні ізотропності магнітної анізотропії та побудові узгоджених теоретичних моделей на макро- та мікрорівні.
Практичне значення роботи полягає у демонстрації принципової можливості неруйнівного електричного керування магнітним станом спінового вентиля при кімнатній температурі, що відкриває перспективи застосування в термічно активованій магніторезистивній пам'яті (MRAM) та спін-торк наноосциляторах.
За матеріалами дисертації опубліковано 2 статті у наукових виданнях ( одна з яких індексуються у Scopus та Web of Science, Q1) та 4 тези доповідей на міжнародних і всеукраїнських конференціях.
Ключові слова: спінтроніка, міжшаровий обмінний зв'язок, РККІ-взаємодія, Кюрі-перемикач, синтетичні антиферомагнетики, гігантський магнетоопір, анізотропний магнетоопір, обертальна анізотропія, магнітні багатошарові структури, магнітна анізотропія, гетероструктури.
Дата реєстрації
2026-08-05
Додано/оновлено в НРАТ
2026-08-05 / 2026-09-30
