Teoretická studie magnetické anizotropie v magnetických tunelových spojích na bázi MgO
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Magnetický tunelový spoj (MTJ) je spintronická součástka komerčně používaná ve vysoce citlivých čtecích hlavách pevných disků. Počínaje rokem 2007 přispěla k udržení exponenciálního nárůstu hustoty magnetického zápisu. Kromě toho se také stala stavebním kamenem rychlé, odolné, úsporné a nevolatilní magnetické paměti s přímým přístupem (MRAM). Tento nový typ polovodičové paměti, stejně jako je tomu u čtecích hlav disků, využívá tunelové spoje založené na krystalickém oxidu hořečnatém (MgO) spolu s 3d kovovými magnetickými prvky (Fe a Co). Pro zmenšení MTJ a současné udržení dlouhodobé stability paměti proti tepelným fluktuacím je zapotřebí silná magnetická anizotropie ve směru kolmém na rozhraní kov|MgO. V této práci proto nejdříve provedeme analýzu magnetokrystalické anizotropie (MCA) kubického prostorově centrovaného Fe, Co a Ni na MgO pomocí ab initio simulací. Dále bude vyvinut program pro výpočet tvarové anizotropie, která je kromě MCA velmi podstatná, neboť v součtu dávají efektivní anizotropii. Na závěr implementujeme program pro výpočet MCA na základě poruchové teorie druhého řádu. To nám umožní dát pozorované anizotropní vlastnosti do souvislosti přímo s elektronickou strukturou systému (pásovou strukturou a hustotou stavů).
A magnetic tunnel junction (MTJ) is a spintronic device commercially used in highly sensitive hard disk drive reading heads. Since 2007 it has helped to sustain the exponential increase in the magnetic storage density. Moreover, it also became the building block of the fast, durable, power-efficient, and non-volatile magnetic random-access memory (MRAM). Just like reading heads, this new type of solid-state memory uses MTJs based on crystalline magnesium oxide (MgO) along with 3d metallic magnetic elements (Fe and Co). Strong magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the metal|MgO interface is needed to provide long-term thermal memory stability as the device is downscaled. This work will analyze the magnetocrystalline anisotropy (MCA) of body-centered cubic Fe, Co, and Ni on MgO using ab initio simulations. Numerical code will be developed to calculate the shape anisotropy, crucial to consider in addition to MCA, because together they add up to the effective anisotropy. Finally, a calculation of MCA based on the second-order perturbation theory will be implemented. This will enable us to link the observed anisotropic properties directly to the system’s electronic structure (the band structure and density of states).
A magnetic tunnel junction (MTJ) is a spintronic device commercially used in highly sensitive hard disk drive reading heads. Since 2007 it has helped to sustain the exponential increase in the magnetic storage density. Moreover, it also became the building block of the fast, durable, power-efficient, and non-volatile magnetic random-access memory (MRAM). Just like reading heads, this new type of solid-state memory uses MTJs based on crystalline magnesium oxide (MgO) along with 3d metallic magnetic elements (Fe and Co). Strong magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the metal|MgO interface is needed to provide long-term thermal memory stability as the device is downscaled. This work will analyze the magnetocrystalline anisotropy (MCA) of body-centered cubic Fe, Co, and Ni on MgO using ab initio simulations. Numerical code will be developed to calculate the shape anisotropy, crucial to consider in addition to MCA, because together they add up to the effective anisotropy. Finally, a calculation of MCA based on the second-order perturbation theory will be implemented. This will enable us to link the observed anisotropic properties directly to the system’s electronic structure (the band structure and density of states).
Description
Citation
VOJÁČEK, L. Teoretická studie magnetické anizotropie v magnetických tunelových spojích na bázi MgO [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2021.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
bez specializace
Comittee
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2021-06-14
Defence
Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno:
Velikost záznamových bitů v magnetických pamětech. Použití MgO ve spintronice.
Student otázky zodpověděl.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení