Przełączanie magnetyzacji spinowo spolaryzowanym prądem oraz charakteryzacja szumowa magnetycznych złącz tunelowych z barierą MgO.
Praca doktorska zawiera opis badań nad magnetycznymi złączami tunelowymi, które są obecnie najbardziej uniwersalnymi urządzeniami elektroniki spinowej. Efekt przełączania magnetyzacji spinowo spolaryzowanym prądem, który może występować w złączach z bardzo cienką barierą tunelową, poniżej 1 nm, pozwala na kontrolowanie stanu namagnesowania cienkich warstw magnetycznych, przez co może być używany m.in. pamięciach elektronicznych. Pierwszy rozdział pracy zawiera wprowadzenie do podstawowych zagadnień elektroniki spinowej. W następnym rozdziale opisano teorię magnetycznego złącza tunelowego oraz głównych efektów fizycznych zawartych w pracy: moment siły wywołany transferem spinu oraz szumy w złączach tunelowych. Kolejny rozdział zawiera rezultaty i wnioski z szeregu eksperymentów wykonanych na magnetycznych złączach tunelowych, takich jak przełączanie magnetyzacji spinowo spolaryzowanym prądem, dynamiczne pomiary tłumienia oraz pośrednie pomiary momentu siły wywołane transferem spinu w złączach z różną grubością bariery tunelowej MgO. Następnie, przeprowadzono badania charakterystyki szumowej magnetycznych złącz tunelowych. Dzięki optymalizacji zarówno bariery tunelowej jak i warstwy swobodnej złącza, zaproponowano i przedstawiono projekt oscylatora mikrofalowego, działającego w oparciu o efekt transferu spinu. Na zakończenie podano teoretyczne i praktyczne osiągnięcia zawarte w pracy. W uzupełnieniu pracy podano metodykę badań, opis technologii i urządzeń pomiarowych użytych w pracach eksperymentalnych.
Current induced magnetization switching and noise characterization of MgO based magnetic tunnel junctions
Thesis presents detailed studies of magnetic tunnel junctions (MTJs), which is currently one of the most universal spintronic devices. The current induced magnetization switching (CIMS) effect, which is observed in MTJs with extremely thin (below 1 nm) tunnel barriers, creates a new mechanism of controlling the magnetization of the thin magnetic films, which is used, for example, in storage devices. The thesis begins with a general introduction, which provides a necessary theoretical and technological background. Afterwards, a series of experiments investigating CIMS effect in MTJs are described in detail. A deeper insight into this phenomena led to an investigation of the spin-transfer-torque (STT) effect using dynamic experimental methods. The physics of STT gives a comprehensive description of the magnetization control by means of spin polarized currents. This part of the thesis was concluded by finding the optimal tunnel barrier parameters of MTJs for the memory device applications. Next, the low frequency noise measurements were performed on the same devices, in order to estimate the different electric and magnetic noise contributions to the overall device performance. Finally, by optimizing the magnetic free layer of the MTJ, a spin-torque oscillator prototype was proposed, which operates at the microwave-frequency range without the presence of the external magnetic field. The thesis ends with both theoretical and practical implications of the results obtained during the PhD course.
