خواص ترابرد وابسته به اسپین در ساختارهای مغناطیسی

هدف از انجام رساله حاضر مطالعه خواص ترابردی در چند لایه ایهای مغناطیسی بود. در بین چند لایه ایهای مذکور اتصالات تونلی (mtj) fe/mgo/fe، بعلت داشتن مقاومت مغناطیسی (tmr) بالا، کاربردهای گسترده ای را در صنعت ذخیره اطلاعات پیدا کرده اند. یکی از عمده ترین مشکلات در مطالعه mtjهای fe/mgo/fe اختلاف زیاد بین مقاومت های مغناطیسی اندازه-گیری شده و محاسبه شده است. محاسبات مقاومت مغناطیسی ای بزرگتر از 1000% را پیش بینی می کنند در حالیکه مقدار اندازه-گیری شده کمتر از 300% است. احتمال داده می شود این اختلاف بزرگ از اکسیدشدگی فصل مشترک fe/mgo ناشی شده باشد که نخست در محاسبات وارد نشده بودند. تعدادی از محققین با مد نظر قرار دادن اثر اکسیداسیون کاهش چشمگیری را در tmr محاسبه شده مشاهده کردند. به هر حال، هنوز اختلاف نظرهای زیادی در رابطه با وقوع یا عدم وقوع اکیسداسیون در فصل مشترک وجود دارد. در این رساله، خواص ترابردی اتصالات تونلی اکسیدی و غیر اکسیدی fe/mgo/fe نخست با استفاده از روش ماتریس انتقال مطالعه شده اند. توابع موج درون الکتردها از نوع بلاخ انتخاب شده و برای درون سد پتانسیل یک موج میرا نوشته شده که در فصول مشترک با توابع موج الکترودها پیوستگی دارند. جرم وابسته به اسپین الکترونها در هر ناحیه از محاسبات آغازین باندهای انرژی استخراج شده اند و اثرات پلاریزگی اسپین در فصول مشترک با استفاده از محاسبات ممان ثابت در نظر گرفته شده اند. برای mtjهای غیر اکسیدی tmr محاسبه شده با مقادیر تجربی مطابقت دارد ولی در این روش tmr بزرگتری برای حالت اکسیدی پیش بینی می شود. این امر از پلاریزگی بیشتر اتمهای آهن سطحی ناشی می شود. در اتصالات اپیتکسی fe/mgo در نتیجه انطباق باندهای تقارنی ?_1 الکترودها و سد پتانسیل ترابرد الکترونی آسانی در اتصال برقرار می شود. اکسید شدن فصل مشترک باعث می شود که انطباق مذکور بین باندها تا حدی از بین رفته و عبور جریان با مشکل مواجه شود. روش محاسباتی ماتریس انتقال که ما در اینجا استفاده کردیم قابلیت وارد کردن میزان انطباق باندها را ندارد. بنابراین، بمنظور انجام محاسبات دقیقتر، از روش موفق تابع گرین غیر تعادلی (negf) برای محاسبه tmr استفاده شده است. خواص الکترونیکی مورد نیاز سیستم از طریق ترکیب خطی اوربیتالهای اتمی (lcao) محاسبه شده اند. در ادامه، خواص ظرفیتی اتصالات فوق و تابعیت آنها به میدان مغناطیسی خارجی بررسی شده است. از آنجائی که بار الکتریکی القائی از جانب فصل مشترک در لایه بسیار نازکی در سطح الکترود مقید شده است بنابراین، همانند یک دی الکتریک می توان به آن گذردهی الکتریکی محدودی نسبت داد. در این کار، مقدار گذردهی نسبی الکترودها محاسبه شده و نشان داده شده که از طریق استفاده از الکترودهائی با گذردهی بالا می توان ظرفیت موثر یک mtj را به ظرفیت هندسی آن بسیار نزدیکتر کرد.