Физические принципы магниторезистивной памяти с записью электрическим полем на основе нанослоя феррита висмута тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Винокуров, Дмитрий Леонидович

• Винокуров, Дмитрий Леонидович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Винокуров, Дмитрий Леонидович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О

МАГНИТОРЕЗИСТИВНОЙ ПАМЯТИ (обзор)

Глава II. БИСТАБИЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ В МАГНИТНЫХ НАНОСТРУКТУРАХ

2.1. Две легкие оси в плоскости слоя

2.2. Переход намагниченности между положением в плоскости слоя и перпендикулярным к слою направлением

2.3. Итоги второй главы

Глава III. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ ПАРАМЕТРА ПОРЯДКА В МУЛЬТИФЕРРОИКЕ - СЛАБОМ ФЕРРОМАГНЕТИКЕ

3.1. Гладкая некомпенсированная поверхность полубесконечного образца

3.2. Гладкая компенсированная поверхность полубесконечного образца

3.3. Итоги третьей главы

Глава IV. ДВУХСЛОЙНАЯ НАНОСТРУКТУРА ФЕРРОМАГНЕТИК-МУЛЬТИФЕРРОИК

4.1. Поверхностные искажения и энергия взаимодействия магнитных параметров порядка в системе ферромагнетик-мультиферроик

4.2. Численное моделирование магнитной структуры компенсированной границы раздела ферромагнетик-мультиферроик

4.3. Магнитоупругое взаимодействие в системе ферромагнетик-мультиферроик

4.4. Принцип устройства МЕРАМ на основе обменного взаимодействия со слоем мультиферроика

4.5. Условие переключения намагниченности ферромагнитного нанослоя электрическим полем, приложенным к нанослою мультиферроика

4.6. Оценка минимального латерального размера бита

4.7. Итоги четвертой главы

Глава V. ОБМЕННАЯ СВЯЗЬ НАНОСЛОЯ МУЛЬТИФЕРРОИКА BiFeO3 С НАНОСЛОЕМ ФЕРРОМАГНЕТИКА Со^од

5.1. Магнитная структура границы раздела

5.2. Энергия взаимодействия слоев

5.3. Численное моделирование параметров порядка вблизи границы раздела слоев

5.4. Обменный и магнитоупругий вклад в энергию взаимодействия слоев

5.5. Итоги пятой главы

Глава VI. ЭВОЛЮЦИЯ ВЕКТОРА АНТИФЕРРОМАГНЕТИЗМА МУЛЬТИФЕРРОИКА BiFeOз В ПРОЦЕССЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЕГО СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

6.1. Модель для энергии магнитной анизотропии

6.2. Численное моделирование в рамках феноменологической модели

6.3. Теоретические рекомендации для создания прототипов

магниторезистивной памяти нового поколения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

116

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физические принципы магниторезистивной памяти с записью электрическим полем на основе нанослоя феррита висмута»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Благодаря своим уникальным особенностям, многослойные наноструктуры нашли широкое применение в устройствах магнитного хранения информации. В частности, многослойные пленки с эффектами гигантского и туннельного магнетосопротивления используются в качестве сенсоров в считывающих головках жестких магнитных носителей (дисков). Использование таких сенсоров позволило увеличить плотность записи информации до 740 Гбит на квадратный дюйм и создать устройства памяти емкостью до 4 Тбайт. Одним из основных факторов, определяющих магнитные свойства многослойной наноструктуры, является модификация магнитного упорядочения слоев, обусловленная межслойным магнитным взаимодействием.

Повышенный интерес к наноструктуре с электрочувствительным слоем феррита висмута обусловлен перспективой создания устройства памяти нового поколения, функционирующего при комнатной температуре: магниторезистивной памяти с записью электрическим полем (МЕЯЛМ). Основная идея МЕЯЛМ состоит в отказе от использования электрических токов в процессе записи и переход на запись электрическим полем. Такое устройство сможет заменить большинство существующих устройств памяти ввиду его явных преимуществ: быстродействия, энергонезависимости, малого потребления энергии, неограниченного времени хранения информации, радиационной стойкости и возможности дальнейшей миниатюризации.

Создание прототипов устройств МЕКЛМ, рассчитанных на широкое применение, осложнено рядом нерешенных вопросов теории многослойных магнитных наноструктур. Они связаны с усложнением задач о механизме взаимодействия параметров порядка в многослойных наноструктурах при учете влияния границ раздела слоев и поверхностных свойств отдельных

материалов. Именно механизм взаимодействия, в конечном счете, определяет функциональность таких устройств памяти. Часто информация о структуре границ раздела очень ограничена, что может привести к неправильной интерпретации экспериментальных данных о свойствах многослойных структур. Поскольку в нанослоях поверхностные явления играют первостепенную роль, их исследование, наряду с фундаментальным, представляет и существенный прикладной интерес.

В литературе присутствует информация о ряде попыток создания МЕРАМ, однако систематизированная информация по данному вопросу отсутствует. Это, в конечном счете, приводит к тому, что экспериментальные прототипы не выходят за рамки исследовательских лабораторий, ни о какой коммерциализации и внедрении технологий говорить не приходится.

Цель и задачи работы

Перечисленные проблемы, возникающие при создании МЕРАМ, определили направление исследований данной работы. Оно нацелено на расширение теоретических представлений о магнитоэлектрических взаимодействиях в магнитных наноструктурах. Целью работы является теоретическое исследование механизма взаимодействия между слоем для записи информации и электрочувствительным слоем, а также теоретическое обоснование путей создания магниторезистивной памяти с записью электрическим полем.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

• рассмотреть влияние поверхности на магнитную структуру тонких пленок мультиферроика со слабым ферромагнетизмом;

• найти конфигурацию магнитных параметров вблизи границы раздела взаимодействующих слоев;

• получить выражение для энергии межслойного взаимодействия; определить относительную и абсолютную величину вкладов обменного и упругого взаимодействий в энергию межслойного взаимодействия;

• провести анализ и сформулировать условия переключения намагниченности ферромагнитного слоя электрическим полем, приложенным к слою феррита висмута;

• получить ограничения на размеры ячейки магниторезистивной памяти, связанные с существованием суперпарамагнитного предела;

• исследовать условия существования бистабильного состояния в ферромагнитном слое записи информации;

• исследовать эволюцию магнитных параметров порядка в процессе переключения сегнетоэлектрической поляризации феррита висмута электрическим полем;

• сформулировать теоретические рекомендации для разработчиков технологии устройств MERAM: оптимальные варианты среза электрочувствительного слоя феррита висмута, деформации, созданной подложкой, и направления приложения электрического поля.

Методы исследования

Решение поставленных задач осуществлялось с использованием современных методов теоретической физики. В линейном приближении расчет искажений магнитных параметров порядка слоев, вызванных межслойным обменным взаимодействием на границе раздела феррит висмута - ферромагнитный слой, а также расчет энергии взаимодействия слоев проводились аналитическими методами в рамках теории среднего поля. При выходе за рамки линейного приближения использовалась система символьных вычислений Maplesoft Maple 15, в которой проводилось численное моделирование. Методом численного моделирования в рамках предложенной феноменологической модели для энергии магнитной анизотропии исследована эволюция магнитных параметров порядка мультиферроика в процессе переключения сегнетоэлектрической поляризации электрическим полем.

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

• Исследовано влияние поверхности на скос подрешеток двухподрешеточного антиферромагнетика, обусловленный взаимодействием Дзялошинского-Мория. Найдены зависимость величины скоса подрешеток от расстояния до поверхности и дополнительный поверхностный магнитный момент.

• Сформулировано условие переключения намагниченности ферромагнитного слоя электрическим полем, приложенным к электрочувствительному слою мультиферроика и найдено ограничение сверху на толщину ферромагнитного слоя.

• Получено ограничение снизу, связанное с существованием суперпарамагнитного предела, на минимальный размер ячейки магниторезистивной памяти с записью электрическим полем.

• Предложены возможные варианты согласования кристаллических решеток нанослоев мультиферроика BiFeOз и ферромагнетика Со0,^Ре0д. Для каждого из них рассчитаны величины искажений магнитных параметров порядка, возникающих вследствие магнитного взаимодействия слоев, и полная энергия этого взаимодействия.

В работе также предложены новые варианты среза электрочувствительного слоя BiFeOз, деформации, созданной подложкой, и направления приложения электрического поля, перспективные с точки зрения создания прототипов магниторезистивной памяти нового поколения.

Научно-практическая значимость

Полученные результаты позволяют расширить существующие представления о свойствах многослойных магнитных наноструктур. Фундаментальное научное значение имеет углубление понимания механизмов взаимодействия слоев, описание магнитной структуры границ раздела. Сделанные рекомендации могут оказаться полезными при создании

магниторезистивной памяти, переключаемой электрическим полем, на основе феррита висмута. Результаты диссертации использованы при выполнении исследований в рамках Государственного задания (НИР № 3.76.2014К), гранта Российского фонда фундаментальных исследований (№ 13-02-12425 офи_м) и грантов Президента РФ ведущим научным школам (НШ-5015.2012.2, НШ-2943.2014.2, НШ-8003.2016.2).

Основные положения, выносимые на защиту

На защиту выносятся следующие положения:

1. Теория, описывающая механизм межслойного взаимодействия, которая дает объяснение экспериментально наблюдаемому перемагничиванию ферромагнитного слоя в составе многослойной наноструктуры с электрочувствительным слоем феррита висмута. Конфигурации «срез-деформация-направление поля», наиболее перспективные для создания MERAM.

2. Показано, что переориентация вектора поляризации, вызванная электрическим полем, влечет за собой переориентацию вектора антиферромагнетизма. Наличие слабого ферромагнетизма и линейного магнитоэлектрического эффекта не является необходимым для реализации магниторезистивной памяти на основе нанослоев мультиферроика, переключаемой электрическим полем.

3. Траектории, описывающие разворот вектора антиферромагнетизма и слабого ферромагнитного момента в процессе переключения вектора поляризации BiFeOз внешним электрическим полем для различных конфигураций «срез-деформация-направление поля».

4. Ограничение на максимальную толщину й ферромагнитного слоя, используемого для записи и хранения информации, в составе магниторезистивной памяти на основе нанослоев мультиферроика, переключаемой электрическим полем: й < 100 нм. Значение минимального

латерального (в плоскости) размера устройства MERAM на основе обменного взаимодействия в системе Co09Fe01/BiFeO3 составляет 7 нм. 5. Вклад магнитоупругого взаимодействия в энергию межслойного взаимодействия в системе ферромагнетик-мультиферроик BiFeO3 составляет менее 10% от обменного вклада.

Достоверность научных результатов

Представленные в работе исследования были проведены с использованием современных и общепринятых методов теоретической физики. При численном моделировании использовалось самое современное программное обеспечение для решения поставленных задач с требуемой точностью. Результаты численного моделирования хорошо согласуются с аналитическими решениями в рамках предложенных моделей. Результаты, представленные в диссертации, не противоречат экспериментальным и теоретическим данным других исследователей, опубликованных в открытой печати. Более того, они позволяют более строго интерпретировать существующие экспериментальные данные.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международной конференции "Functional Materials" (ICFM-2013) (Крым, 2013 г.), Международном симпозиуме «Spin Waves 2015» (Санкт-Петербург, 2015 г.), Международной конференции «20th International Conference on Magnetism» (Barcelona, Spain, 2015 г.), Международной конференции «4th International Workshop on Magnonics. From Fundamentals to Applications» (Seeon, Germany, 2015 г.), Международной научно-технической конференции «INTERMATIC» (Москва, 2012 г., 2013 г., 2014 г. и 2016 г.), Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика» (Зеленоград, 2013 г., 2014 г. и 2015 г.), Всероссийской конференции молодых ученых «Микро-, нанотехнологии и их применение»

им. Ю.В. Дубровского (Черноголовка, 2014 г.), а также на научных семинарах в Московском технологическом университете (МИРЭА).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, включающих 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 4 прочих публикации.

Личный вклад автора

В работах, выполненных в соавторстве с коллегами, автору принадлежит систематизация существующих представлений о MERAM, выполнение всех аналитических расчетов, численное моделирование параметров магнитного упорядочения и анализ полученных данных. Интерпретация результатов, полученных при аналитическом и численном решении поставленных задач, проводилась совместно с научным руководителем.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Она изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 33 рисунка и 6 таблиц. ^исок литературы включает 117 наименований.

Глава I. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МАГНИТОРЕЗИСТИВНОЙ ПАМЯТИ (ОБЗОР)

В данном разделе будут рассмотрены основные работы, которые были выполнены ранее или одновременно с исследованиями, представленными в настоящей диссертационной работе, и в которых затрагиваются достаточно близкие к теме диссертации вопросы.

Наиболее перспективным направлением развития магниторезистивной памяти является переход на запись электрическим полем. При приложении напряжения к электрочувствительному слою, в соседствующем с ним слое ферромагнетика происходит запись информации. При этом возможны различные механизмы взаимодействия между электрочувствительным слоем и слоем ферромагнетика. Ниже будет обсужден текущий прогресс в развитии устройств магниторезистивной памяти.

1. Физические основы и виды магниторезистивной памяти

При помещении проводника во внешнее магнитное поле, его сопротивление изменяется. Это явление и называется магниторезистивным эффектом или магнетосопротивлением (МС). В 2007 году А. Ферт и П. Грюнберг были удостоены Нобелевской премии [1] за открытие в 1988 г. явления гигантского магнетосопротивления (ГМС) [2,3] в многослойных магнитных структурах, отличающегося от магнетосопротивления объемных материалов масштабом эффекта. И по сей день эти структуры, состоящие из чередующихся ферромагнитных и немагнитных (антиферромагнитных) металлических слоев толщиной от нескольких десятых до нескольких нанометров привлекают внимание исследователей. Широкие технические применения данного явления вызвали огромный интерес у научного сообщества. Открытие ГМС стимулировало изучение многослойных магнитных наноструктур, которое привело к открытию в 1995 г. явления

туннельного магнетосопротивления (ТМС), явления перемагничивания спин-поляризованным током и развитию спиновой электроники в целом. В прикладной области открытие данных явлений стимулировало создание магниторезистивной памяти (МЯЛМ), способной в перспективе заменить существующие виды памяти. Рассмотрим прогресс в развитии МЯАМ более детально.

1.1. МЯЛМ на основе ГМС

Эффект гигантского магнетосопротивления (ГМС, в англоязычной литературе — ОМЯ) состоит в существенном изменении электрического сопротивления структуры при изменении взаимного направления намагниченности соседних магнитных слоёв. Трехслойные металлические конструкции с ГМС называются спиновыми вентилями. Спиновый вентиль, представляет собой магнитную наноструктуру, состояющую из двух ферромагнитных слоев разделенных немагнитной прослойкой. Толщины слоев должны составлять единицы - доли нанометра, то есть спиновый вентиль представляет собой магнитную наноструктуру. В случае антипараллельной ориентации намагниченностей сопротивление спин-вентильной структуры выше, чем в случае параллельной. Относительная величина эффекта порядка 10%, в отличие от объемного магнетосопротивления, когда изменение сопротивления не превышает единиц процентов.

Магнитная память с произвольным доступом в основе которой лежит магниторезистивный эффект получила название магниторезистивной памяти (МЯАМ) [4]. Такое запоминающее устройство хранит информацию при помощи магнитных моментов, а не электрических зарядов. Ячейка памяти состоит из двух магнитных слоев с различными свойствами, разделенных немагнитным слоем (рис. 1.1). Магнитные слои подобраны таким образом, что один слой переключается при меньшей напряженности магнитного поля,

другой - при большей. Если использовать слои различной толщины, то можно использовать один и тот же материал. Слой, который переключится при меньшей напряженности поля будем называть «мягким». Он же используется для считывания информации. Другой слой, который будем называть «жестким», используется для записи и хранения информации. Направление намагниченности «мягкого» слоя может быть многократно изменено без изменения состояния «жёсткого» слоя.

Рисунок 1.1 - Ячейка памяти MRAM на основе эффекта ГМС

Запись информации производится пропусканием тока одновременно по двум линиям; линии данных (sense line) и линии записи/считывания (word line), на пересечении которых и находится данная ячейка. Для считывания информации из «жёсткого» слоя ток переменной полярности пропускается по линии записи/считывания. При этом возникающее магнитное поле достаточно только для переключения «мягкого» слоя. Изменение сопротивления элемента приводит к модуляции напряжения линии данных, что позволяет определить состояние намагниченности ячейки памяти: "ноль" или "единица".

1.2. MRAM на основе туннельного магнетосопротивления

В предыдущем параграфе были рассмотрены многослойные структуры, содержащие только металлические слои. Заменим металлическую прослойку диэлектрической. При пропускании тока перпендикулярно слоям, диэлектрическая прослойка будет представлять собой потенциальный барьер для носителей заряда. Протекание тока через него будет обусловлено туннелированием электронов через этот барьер, поэтому толщина прослойки должна быть менее 1 нм. Трехслойная структура, ток в которой протекает из-за туннельного эффекта, имеет меньшее сопротивление, в случае, когда намагниченности ферромагнитных слоёв параллельны, чем в случае, когда

они антипараллельны. Величина А = RАрр Rр, где RAP и RР сопротивление

структуры при антипараллельном и параллельном направлениях намагниченностей слоев соответственно, называется туннельным магнетосопротивлением (ТМС). Наноструктура с эффектом ТМС, состоящая из двух слоев ферромагнетика, разделенных изолятором, называется магнитным туннельный переходом (Magnetic Tunnel Junction, MTJ).

В устройствах MRAM на основе эффекта ТМС запись бита информации происходит путём одновременного пропускания тока по двум линиям (шинам) записи и считывания, на пересечении которых находится спин-вентильная структура (MTJ-ячейка памяти) (рис.1.2). При этом бит записывается в одном из ферромагнитных слоев, а намагниченность другого ферромагнитного слоя остаётся неизменной. Считывание производится подачей напряжения на данную ячейку с помощью управляющего транзистора. При фиксированном напряжении проходящий ток зависит от состояния ячейки памяти, определяя величину тока и сравнивая её с эталонной, мы получаем сведения о записанном бите информации.

Трлвзнстор

Рисунок 1.2 - MRAM на основе TMC. Архитектура сетки из MTJ-ячеек памяти MRAM и ячейка памяти MRAM на основе эффекта ТМС (Ь)

Память на основе эффекта ТМС быстро вытеснила с рынка память на основе эффекта ГМС в силу заметно большей величины эффекта ТМС, составляющей около 70% [5]. Так как токи при измерении сопротивления малы, то можно сказать, что данный механизм считывания информации полностью удовлетворяет современным требованиям энергоэффективности на данном этапе технического развития. Таким образом, проблему считывания информации в устройствах MRAM можно считать решенной.

1.3. Перемагничивание ферромагнетика спин-поляризованным током

Дальнейшее развитие памяти связано с новой технологией записи бита и развитием спиновой электроники. Механизм переноса спинового момента (STT- Spin Transfer Torque) от одного магнитного материала к другому позволяет получать более высокую плотность информации, чем в случае записи с помощью магнитных полей, создаваемых электрическими токами проводящих шин MRAM.

Самыми современными устройствами MRAM являются устройства энергонезависимой памяти на основе передачи спинового момента (STT) [6], где спин-поляризованный ток вводится в магнитный слой для записи магнитного состояния. В STT-MRAM запись производится спин-поляризованным током, при этом не требуются шины записи и считывания, что значительно упрощает архитектуру ячейки. Пропуская ток нужной поляризации, превосходящий соответствующее критическое значение, можно записать «ноль» или «единицу» в ферромагнитном слое. При этом ток считывания должен быть меньше критического, чтобы не изменять состояние записанного бита.

Ограничивающим фактором развития и распространения технологии STT-MRAM являются значительные энергетические потери, возникающие вследствие резистивного нагрева при уменьшении размеров бита. К существенным недостаткам также можно отнести значительное сокращение срока службы битов. Эти факторы, а также большие значения энергии, необходимые для записи информации, не делают данный вид памяти революционным. Проблема надежности устройств памяти на основе STT сильно препятствует их внедрению, кроме того, другие технологии могут оказаться более конкурентноспособными по своей энергоэффективности.

1.4. Преимущества и недостатки MRAM, сравнение с другими видами памяти

От большинства видов памяти MRAM отличается хранением информации в виде магнитного состояния вместо электрических зарядов и считыванием путем измерения сопротивления ячейки, без влияния на ее магнитное состояние. Кроме того, в отличие от традиционных жестких дисков HDD в MRAM нет никакой механик и, она заменена матрицей, в которой каждая шина чтения перекрывает сотни или тысячи ячеек памяти, что обеспечивает быстродействие. Произвольный доступ к ячейкам MRAM более быстрый, чем у энергозависимой DRAM, которая используется в качестве оперативной памяти. Время цикла чтения/записи сравнимо со статической памятью произвольного доступа (SRAM). MRAM является энергонезависимой памятью, такой, как популярная Flash-память или твердотельные накопители SSD, поскольку сохраняет данные даже при полном отключении источника питания, но при этом не страдает деградацией по прошествии времени и имеет неограниченное количество циклов перезаписи. Можно сказать, что магниторезистивная память MRAM сочетает в себе лучшие свойства энергозависимой и энергонезависимой памяти.

Стандартные MRAM компании Everspin показали стойкость к воздействию ионизирующего излучения 750 Гр и устойчивость к воздействию тяжелых заряженных частиц 84 МэВсм2/мг. При данной дозе облучения технология MRAM гарантирует коэффициент программных ошибок на два порядка ниже, чем у любого конкурирующего энергонезависимого решения.

На основе MRAM компании Everspin производитель радиационно-защищенных электронных компонентов Aeroflex выпускает свои устройства емкостью до 64 Мбит (Рис.1.3) [7].

MRAM может выполнять как функции внутрисистемной памяти, функции быстрого буфера данных, так и функции энергонезависимого хранилища данных. Совокупность преимуществ памяти MRAM по сравнению со всеми существующими технологиями делает её способной заменить SRAM, DRAM и Flash. Сравнение существующих на данный момент технологий памяти приведено на рисунках 1.4 и 1.5 [8, 9].

Рисунок 1.4 - Скорость и энергоэффективность существующих (NAND и NOR видов флеш-памяти) и появляющихся (MERAM, STT-MRAM, память на фазовых-переходах PCRAM, сегнетоэлектрическая FeRAM и резистивная память RRAM) энергонезависимых технологий памяти [8].

SHAM Flash Flash FeRAM SH-

■ {NOR) (NAI4D) ■ ■ RAM

Энерго-незаБиси?.!ость Нет Кет Да Да Да Да Да Да

Размер яч (норс.:ир.) 50-1 го 6 10 10 5 15 34 1М0 6-12 6-20

Вргмя ЧГЕННЯ (Hi) liDO 30 10 50 JO-BO з-го 20-50 2*20

Брехя эа^нсн Н CTH^GZSE (НС) ыоо 50/50 1 МКС 10 мс 1 мс 0.1 мс 50/50 3 20 50/120 2 20

ЧИСЛО 1ГЕЕК.Т."Б ПнрКШНСН ю1* 10* Ю1 10* 10" >1015 10й >10ls

Энгргапотреп.-е

EOJE 1фЕЗаПКЕ

Другое

Низкое Низтоое

Очень Очень высокая высокое

НЕ1жое Зысокое Низкое Низкое

энергопотребпе Утечки ^^Р3"

ние

Бьконое напряжение (В)

пня

6Е

16 20

21

1.53

Существующие продукты

<1.5

Прототип

Рисунок 1.5 - Сравнение технологий памяти по данным [9]. Размер ячейки измеряется в единицах минимально возможного размера элемента, F-квадрат, который является особенностью технологии

Everspin - это первый в мире массовый производитель MRAM. Он и сегодня остается лидером этой индустрии, несмотря на активные исследования этой технологии такими крупными компаниями, как Samsung и Hynix. Сегодня MRAM от Everspin успешно находит свое применение в сферах, требующих гарантированное сохранение информации при любых воздействиях. Это, прежде всего, условия высокой радиации, экстремальные температуры, военные и космические нужды.

Самой высокой в мире плотностью записи по технологии MRAM обладают новые чипы EMD3D256 на 256 Мбит (рис. 1.6). Данные устройства основаны на магнитном тунельном элементе и технологии STT, которая позволит в дальнейшем увеличить емкость памяти до 1 Гбита. Однако пока

данный вид памяти не готов для широкого применения, из-за относительно невысокой емкости и фундаментальных ограничений связанных с ее увеличением.

Рисунок 1.6 - Чипы Everspm ST-MRAM на 256 Мбит [7]

Решением данной проблемы является поиск новых физических принципов для создания более совершенных устройств магниторезистивной памяти (MRAM). Данная диссертационная работа посвящена переходу на запись информации в ферромагнитных слоях магниторезистивной памяти, путем приложения электрического поля, что является одним из наиболее перспективных направлений исследований [10, 11].

1.5. Переход на запись электрическим полем

Несмотря на успехи в совершенствовании устройств считывания магнитной информации на основе MTJ, до сих пор нерешенной остается проблема записи информации. Для записи информации используются магнитные поля, создаваемые электрическими токами в катушках магнитных головок жестких дисков или в проводящих шинах МЯЛМ, а также спин-поляризованные токи. Повышение плотности записи информации требует уменьшения размеров ячеек памяти. По мере миниатюризации они все больше подвержены тепловым флуктуациям, и чтобы избежать

случайного перемагничивания, необходимо использовать материалы с большими пороговыми магнитными полями переключения, а значит, нужны большие значения токов в проводниках. При миниатюризации устройств также необходимо уменьшать поперечные размеры проводников. Все эти факторы приводят к недопустимому увеличению плотности электрического тока в материале проводника: перегреву и деградации устройства.

Исследования направлены на решение проблем, связанных с джоулевскими резистивными потерями в современных электромагнитных устройствах, таких, как магниторезистивная память MRAM. Эти потери накладывают фундаментальные ограничения на размеры таких устройств, что препятствует их дальнейшей миниатюризации: токи высокой плотности ведут к полной деградации устройства. Использование мультиферроиков является ключом к решению существующих проблем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Винокуров, Дмитрий Леонидович, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Tompson S.M. The discovery, development and future of GMR: The Nobel Prize 2007 // J. Phys D: Appl.Phys. - 2008. - V. 41. - 093001 (20 pp).

2. Baibich M.N., Broto J.M., Fert A., Nguyen Van Dau F., Petroff F., Etienne P., Creuzet G., Friederich A., Chazelas J. Giant magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr magnetic superlattices // Phys. Rev. Lett. - 1988. - V. 61, № 21. - P. 2472-2475.

3. Binasch G., Grunberg P., Saurenbach F., Zinn W. Enhanced magnetoresistance in layered magnetic structures with antiferromagnetic interlayer exchange // Phys. Rev. B. - 1989. - V. 39, № 7. - P. 4828-4830.

4. Hiroaki Y. Handbook of spintronics: MRAM fundametals and devices. -Netherlands: Springer, 2015. - 27 p.

5. Parkin S.S.P., Kaiser C., Panchula A., Rice P.M., Hughes B., Samant M., Yang

5.-H. Giant tunnelling magnetoresistance at room temperature with MgO (100) tunnel barriers // Nat. Mat. - 2004. - V. 3, № 12. - P. 862-867.

6. Kvalkovskiy A.V., Apalkov D., Watts S., Chepulskii R., Beach R.S., Ong A., Tang X., Driskill-Smith A., Butler W.H., Visscher P.B., Lottis D., Chen E., Krounbi M. Basic principles of STT-MRAM cell operation in memory arrays // J. Phys. D: Appl.Phys. - 2013. - V. 46. - 074001 (20 pp).

7. Aeroflex chips - Mram-info, 2016. - [Электронный ресурс]. URL: http: //www. mram-info .com (дата обращения: 16.04.2016).

8. Khalili P., Wang K. Voltage-controlled MRAM: Status, challenges and prospects - EETimes, 2013. - [Электронный ресурс]. URL: http://www.eetimes.com/document.asp7doc id=1280508 (дата обращения: 16.04.2016).

9. Henderson С. Comparison of memory technologies - Future memory technologies. - Part 4, 2011. - [Электронный ресурс]. URL: http://www.semitracks.com/index.php/blog/archive-blog-posts (дата обращения: 16.04.2016).

10. Thomas R., Scott J.S., Bose D.N., Katiyar R.S. Multiferroic thin-film integration onto semiconductor devices // J. Phys.: Cond. Matt. - 2010. - V. 22. -423201 (17 pp).

11. Морозов А.И. Переключение намагниченности ферромагнетика электрическим полем (Обзор) // ФТТ. - 2014. - Т.56, № 5. - С. 833-840.

12. Hu J.-M., Chen L.-Q., Nan C.-W. Multiferroic heterostructures integrating ferroelectric and magnetic materials // Advanced Materials. - 2016. - V. 28, № 1. - P. 15-39.

13. Ma J., Hu J., Li Z., Nan C.-W. Recent Progress in Multiferroic Magnetoelectric Composites: from Bulk to Thin Films // Adv. Matter. - 2011. - V. 23, № 9. - P. 1062-1087.

14. Qiu X., Narayanapillai K., Wu Y., Deorani P., Yang D.-H., Noh W.-S., Park J.-H., Lee K.-J., Lee H.-W., Yang H. Spin-orbit-torque engineering via oxygen manipulation // Nature Nanotech. - 2015. - V. 10, № 1. - P. 333-338.

15. Fukami S, Anekawa T, Zhang C, Ohno H. A spin-orbit torque switching scheme with collinear magnetic easy axis and current configuration // Nature Nanotech. - 2016. - V. 29, № 1. - P. 1-6.

16. Eerenstein W., Mathur N.D., Scott J.F. Multiferroic and magnetoelectric materials // Nature. - 2006. - V. 442, № 17. - P. 759-765.

17. Cheong S.-W., Mostovoy M. Multiferroics: a magnetic twist for ferroelectricity // Nature Mater. - 2007. - V. 6, № 1. - P. 13-20.

18. Huang W., Yang S., Li X. Multiferroic heterostructure and tunneling junctions // Journal of Materiomics. - 2015. - V. 1, № 4. - P. 263-284.

19. Vopson M. Fundamentals of multiferroic materials and their possible applications // Solid State and Material Sciences. - 2015. - V. 40, № 4. - P. 223250.

20. Trassin M. Low energy consumption spintronics using multiferroic heterostructures // J. Phys.: Cond. Matt. - 2016. - V. 28. - 033001 (16 pp).

21. Matsukura F, Tokura Y, Ohno H. Control of magnetism by electric fields // Nature Nanotech. - 2015. - V. 10, № 1. - P. 209-220.

22. Chen L.-Q., Nan C.-W., Hu J.-M. Multiferroic heterostuctures integrating ferroelectic and magnetic materials // Adv. Mater. - 2016. - V. 28, № 1. - P. 1539.

23. Смоленский Г.А., Чупис И. Е. Сегнетомагнетики // УФН. - 1982. - Т.137, № 3. - С. 415-448.

24. Sergienko I.A., Dagotto E. Role of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction in multiferroic perovskites // Phys. Rev. B. - 2006. - V. 73. - 094434 (5 pp).

25. Moskvin A.S., Drechsler S.-L. Microscopic mechanisms of spin-dependent electric polarization in 3d oxides // Eur. Phys. J. - 2009. - V. 71, № 3. - P. 331338.

26. Wu T., Bur A., Wong K., Zhao P., Lynch C.S., Aminri P.K., Wang K.L., Carman G.P. Electrical control of reversible and permanent magnetization reorientation for magnetoelectric memory devices // Appl. Phys. Lett. - 2011. - V. 98. - 262504 (3 pp).

27. Miclea C., Tanasoiu C., Amarande L., Miclea C. F., Plavitu C., Cioangher M., Trupina L., Miclea C. T., Tanasoiu T., Susu M., Voicu I., Malczanek V., Ivanov A., David C. Magnetoelectric properties of multiferroic cobalt ferrite and soft piezoelectric PZT particulate composites // J. Optoelectron Adv. M. - 2010. - V. 12, № 2. - P. 272-276.

28. Ryu J., Baek C.-W., Oh N.-K., Han G., Kim J.-W., Hahn B.-D., Yoon W.-H., Park D.-S., Kim J.-J., Jeong D.-Y. Effect of Microstructure on Magnetoelectric Properties of 0.9Pb(Zr0.52Ti048)O3-0.1Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 and Ni08Zn02Fe2O4 Particulate Composites // Jap. J. App. Phys. - 2011. - V. 50, № 11. - 111501 (5 pp).

29. Lu S.G., Jin J.Z., Zhou X., Fang Z., Wang Q., Zhang Q.M. Large magnetoelectric coupling coefficient in poly(vinylidene fluoride

hexafluoropropylene)/Metglas laminates // J. App. Phys - 2011. - V. 110, № 10. -104103 (5 pp).

30. Zhang C.L., Chen W.Q. Magnetoelectric coupling in multiferroic laminated plates with giant magnetostrictive material layers // J. Appl. Phys. - 2011. - V. 110, № 12. - 124514 (6 pp).

31. Chung T.-K., Carman G.P., Mohanchandra K.P. Reversible magnetic domainwall motion under an electric field in a magnetoelectric thin film // Applied Physics Letters. - 2008. - V. 92. - 112509 (3 pp).

32. Chu Y-H, Martin L.W., Holcomb M.B., Gajek M., Han S.J., He Q., Balke N., Yang C.H., Lee D., Hu W., Zhan Q., Yang P.L., Fraile-Rodríguez A., Scholl A., Wang S.X., Ramesh R. Electric-field control of local ferromagnetism using a magnetoelectric multiferroic // Nature Materials. - 2008. - V. 7, № 6. - P. 478482.

33. Kadomtseva A.M., Popov Yu.F., Pyatakov A.P., Vorob'ev G.P., Zvezdin A.K., Viehland D. Phase transitions in multiferroic BiFeO3 crystals, thin-layers, and ceramics: Enduring potential for a single phase, room-temperature magnetoelectric 'holy grail' // Phase Transitions. - 2006. - V. 79, № 12. - P. 1019-1042.

34. Logginov A.S., Meshkov G.A., Nikolaev A.V., Nikolaeva E.P., Pyatakov A.P., Zvezdin A.K. Room temperature magnetoelectric control of micromagnetic structure in iron garnet films //Applied Physics Letters. - 2008. - V. 93. - 182510 (3 pp).

35. Catalan G., Scott J.F. Physics and Applications of Bismuth Ferrite // Adv. Matter. - 2009. - V. 21, № 24. - P. 2463-2485.

36. Lawes G. and Srinivasan G. Introduction to magnetoelectric coupling and multiferroic films // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2011. - V. 44. - P. 243001 (22 pp).

37. Schiemer J., Carpenter M.A., Evans D.M., Gregg J.M., Schilling A., Arredondo M., Alexe M., Sanchez D., Ortega N., Katiyar R.S., Echizen M., Colliver E., Dutton S., Scott J. F. Studies of the room-temperature multiferroic

Pb(Fe0.5Ta0.5)0.4(Zr0.53Ti0.47)0.6O3: resonant ultrasound spectroscopy, dielectric, and magnetic phenomena // Adv. Funct. Mater. - 2014. - V. 24, № 1. - P. 2993-3002.

38. Zhao T., Scholl A., Zavaliche F., Lee K., Barry M., Doran A., Cruz M.P., Chu Y.H., Ederer C., Spaldin N.A., Das R.R., Kim D.M., Baek S.H., Eom C.B. and Ramesh R. Electrical control of antiferromagnetic domains in multiferroic BiFeO3 films at room temperature // Nature Materials. - 2006. - V. 5, № 10. - P. 823-829.

39. Пятаков А.П., Звездин А.К. Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики // УФН. - 2012. -V. 182, № 6. - P. 593-620.

40. Sosnowska I., Neumaier T.P., Steichele E. Spiral magnetic ordering in bismuth ferrite // J. Phys. C: Solid State Phys. - 1982. - V. 15, № 23. - P. 4835- 4846.

41. Bai F., Wang J., Wuttig M., Li J.F., Wang N., Pyatakov A.P., Zvezdin A.K., Cross L.E., Viehland D. Destruction of spin cycloid in (111) - oriented BiFeO3 thin films by epitaxial constraint: Enhanced polarization and release of latent magnetization // Appl. Phys. Lett. - 2005. - V. 86. - 032511 (3 pp).

42. Дзялошинский И.Е. Термодинамическая теория «слабого» ферромагнетизма антиферромагнетиков // ЖЭТФ. - 1957. - Т. 32, № 6. - С. 1547-1562.

43. Moriya T. Anisotropic Superexchange Interaction and Weak Ferromagnetism // Phys. Rev. B. - 1960. - V. 120, № 1. - P. 91- 98.

44. Покатилов В.С., Сигов А.С., Покатилов В.В., Коновалова А.О. Магнитные и электронные состояния ионов железа в перовските Bi0,9Sr0,1FeO3 // Изв. РАН. Серия физич. - 2010. - Т. 74, № 8. - С. 1166-1168.

45. Uniyal P. and Yadav K.L. Observation of the room temperature magnetoelectric effect in Dy doped BiFeO3 // J. Phys.: Cond. Matt. - 2009. - V. 21. - 012205 (4 pp).

46. Cagigas J.A.M., Candela D.S., Bagio-Saitovitch E. Effect of Rare Earth doping on BiFeO3. Magnetic and Structural Properties (La, Gd) // J. Phys.: Conf. Ser. -2010. - V. 200. - 012134 (4 pp).

47. Покатилов В.С., Покатилов В.В., Сигов А.С. Локальные состояния ионов железа в мультиферроиках Bi1-xLaxFeO3 // ФТТ. - 2009. - Т. 51, №3. - С. 518524.

48. Ke X., Zhang P.P., Baek S.H., Zarestky J., Tian W., Eom C.B. Magnetic structure of epitaxial multiferroic BiFeO3 films with engineered ferroelectric domains // Phys. Rev. B. - 2010. - V. 82, № 13. - 134448 (5 pp).

49. Ederer C., Spaldin N.A. Weak ferromagnetism and magnetoelectric coupling in bismuth ferrite // Phys. Rev. B. - 2005. - V. 71. - 060401 (4 pp).

50. Ramazanoglu M., Laver M., Ratcliff II W., Watson S.M., Chen W.C., Jackson A., Kothapalli K., Seongsu Lee, Cheong S.-W., Kiryukhin V. Local Weak Ferromagnetism in Single-Crystalline Ferroelectric BiFeO3 // Phys. Rev. Lett. -2011. - V.107. - 207206 (5 pp).

51. Морозов А.И., Сигов А.С. Перемагничивание электрическим полем в двухслойной структуре ферромагнетик-магнитоэлектрик // Нано- и микросистемная техника. - 2012. - Т. 10, № 10. - С. 10-14.

52. Morosov A.I., Sigov A.S. Magnetoresistive Memory with Recording by Electric Field: Is the Weak Ferromagnetism Necessary? // J. Magn. Magn. Mater. -2015. - V. 383. - P. 242-245.

53. Винокуров Д.Л., Морозов А.И. Магнитная структура компенсированной границы раздела ферромагнетик-мультиферроик // Физика твердого тела. -2013. - Т. 55, № 11. - С. 2135-2139.

54. Винокуров Д.Л. Численное моделирование магнитной структуры компенсированной границы раздела ферромагнетик-мультиферроик // Нано-и микросистемная техника - 2014. - № 4. - С. 34-39.

55. Винокуров Д.Л. Численное моделирование магнитной структуры компенсированной границы раздела ферромагнетик-мультиферроик // Материалы Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC_2013). 2-6 декабря 2013 года, г. Москва, C. 28-32.

56. Wang J.J., Hu J.M., Yang T.N., Feng M., Zhang J.X., Chen L.Q., Nan C.W. Effect of strain on voltage-controlled magnetism in BiFeO3-based heterostructures // Sci Rep. - 2014. - V. 4. - 4553 (6 pp).

57. Koon N.C. Calculations of exchange bias in thin films with ferromagnetic/antiferromagnetic interfaces // Phys. Rev. Lett. - 1997. - V. 78, № 25. - P. 4865-4868.

58. Морозов А.И. Магнитная структура компенсированной границы раздела ферромагнетик-антиферромагнетик // ФТТ. - 2003. - Т. 45, № 10. - C. 18471849.

59. Holcomb M.B., Martin L.W., Scholl A., He Q., Yu P., Yang C.-H., Yang S.Y., Glans P.-A., Valvidares M., Huijben M., Kortright J.B., Guo J., Chu Y.-H., Ramesh R. Probing the evolution of antiferromagnetism in multiferroics // Phys. Rev B. - 2010. - V. 81. - 134406 (6 pp).

60. Sando D., Agbelele A., Rahmedov D., Liu J., Rovillain P., Toulouse C., Infante I. C., Pyatakov A.P., Fusil S., Jacquet E., Carrétéro C., Deranlot C., Lisenkov S., Wang D., Le Breton J-M., Cazayous M., Sacuto A., Juraszek J., Zvezdin A.K., Bellaiche L., Dkhil B., Barthélémy A., Bibes M. Crafting the magnonic and spintronic response of BiFeO3 films by epitaxial strain // Nature Materials. - 2013.

- V. 12, № 7. - P. 641-646.

61. Wu S.M., Cybart S.A., Yu P., Rossell M.D., Zhang J.X., Ramesh R., Dynes R.C. Reversible electric control of exchange bias in a multiferroic field-effect device // Nature Materials. - 2010. - V. 9, № 9. - P. 756-761.

62. Heron J.T., Trassin M., Ashraf K., Gajek M., He Q., Yang S.Y., Nikonov D.E., Chu Y-H., Salahuddin S., Ramesh R. Electric-Field-Induced Magnetization Reversal in a Ferromagnet-Multiferroic Heterostructure // Phys. Rev. Lett. - 2011.

- V. 107. - 217202 (5 pp).

63. Морозов А.И., Сигов А.С. Фрустрированные многослойные структуры ферромагнетик-антиферромагнетик: выход за рамки обменного приближения (Обзор) // ФТТ. - 2012. - Т.54, № 2. - С. 209-229.

64. He Q., Chu Y.H., Heron J.T., Yang S.Y., Liang W.I., Kuo C.Y., Lin H.J., Yu P., Liang C.W., Zeches R.J., Kuo W.C., Juang J.Y., Chen C.T., Arenholz E., Scholl A., Ramesh R. Electrically controllable spontaneous magnetism in nanoscale mixed phase multiferroics // Nature Communications. - 2011. - V. 2, № 225. - P. 1-5.

65. Heron J.T., Bosse J.L., He Q., Gao Y., Trassin M., Ye L., Clarkson J.D., Wang C., Liu J., Salahuddin S., Ralph D.C., Schlom D.G., Iniguez J., Huey B.D., Ramesh R. Deterministic switching of ferromagnetism at room temperature using an electric field // Nature. - 2014. - V. 516, № 1. - P. 370-373.

66. Schlom D.G., Heron J.T., Ramesh R. Electric field control of magnetism using BiFeO3-based heterostructures // Appl. Phys. Rev. - 2014. - V. 1, № 2. - 021303 (18 pp).

67. Trassin M., Clarkson J.D., Bowden S.R., Liu J., Heron J.T., Paull R.J., Arenholz E., Pierce D.T., Unguris J. Interfacial coupling in multiferroic/ferromagnet heterostructures // Phys. Rev. B. - 2013. - V. 87. - P. 134426 (6 pp).

68. Zhou Z., Trassin M., Gao Ya, Gao Yuan, Qiu D., Ashraf K., Nan T., Yang Xi, Bowden S.R., Pierce D.T., Stiles M.D., Unguris J., Liu M., Howe B.M., Brown G.J., Salahuddin S., Ramesh R., Sun N.X. Probing electric field control of magnetism using ferromagnetic resonances // Nature Communications. - 2015. -V. 6. - 6082 (7pp).

69. Wang J.J., Hu J.M., Peng R.-C., Gao Y., Shen Y., Chen L.Q., Nan C.W. Magnetization Reversal by Out-of-plane Voltage in BiFeO3-based Multiferroic Heterostructures // Sci. Rep. - 2015. - V. 5. - 10459 (12 pp).

70. Wu S.M., Cybart S.A., Yi D., Parker J.M., Ramesh R., Dynes R.C. Full Electric Control of Exchange Bias // Phys. Rev. Lett. - 2013. - V. 110. - 067202 (5 pp).

71. Vaz C.A. Electric field control of magnetism in multiferroic heterostructures // J. Phys.: Condens. Matter. - 2012. - V. 24. - 333201 (29 pp).

72. Hu J., Li Z., Wang J., Nan C-W. Electric-field control of strain-mediated magnetoelectric random access memory // J. Appl. Phys. - 2010. - V. 107, № 9. -093912 (10 pp).

73. Guo X., Zuo Y., Li D., Cui B., Wu K., Yun J., Wang T., Xi L. Electrical field control of non-volatile 90° magnetization switching in epitaxial FeSi films on (001) 0.7[Pb(Mg1/3Nb2/3)03]-0.3[PbTi0.303] // Appl. Phys. Lett. - 2016. - V. 108, № 4. - 042403 (5 pp).

74. Jiang C., Wang F., Dong C., Zhou C., Wu L., Xue D. A non-volatile four-state magnetic memory in a Co/(011)Pb(Mg1/3Nb2/3)03-PbTi03 heterostructure // Appl. Phys. Lett. - 2016. - V. 108, № 3. - 032401 (5 pp).

75. Pertsev N.A. Giant magnetoelectric effect via strain-induced spin reorientation transitions in ferromagnetic Films // Phys. Rev. B. - 2008. - V. 78. - 212102 (4 pp).

76. Hu J.-M., Nan C.W. Electric-field-induced magnetic easy-axis reorientation in ferromagnetic/ferroelectric layered heterostructures // Phys. Rev. B. - 2009. - V. 80. - 224416 (11 pp).

77. Hu J.-M., Nan C.W., Chen L.-Q. Size-dependent electric voltage controlled magnetic anisotropy in multiferroic heterostructures: Interface-charge and strain comediated magnetoelectric coupling // Phys. Rev. B. - 2011. - V. 83. - 134408 (6 pp).

78. Brandlmaier A., Geprags S., Weiler M., Boger A., Opel M., Huebl H., Bihler C., Brandt M.S., Botters B., Grundler D., Gross R., Goennenwein S.T.B. In situ manipulation of magnetic anisotropy in magnetite thin films // Phys. Rev. B. -2008. - V. 77. - 104445 (9 pp).

79. Weiler M., Brandlmaier A., Geprags S., Althammer M., Opel M., Bihler C., Huebl H., Brandt M.S., Gross R., Goennenwein S.T.B. Voltage controlled inversion of magnetic anisotropy in a ferromagnetic thin film at room temperature // New J. Phys. - 2009. - V. 11. - 013021 (16 pp).

80. Polisetty S., Echtenkamp W., Jones K., He X., Sahoo S., Binek Ch. Piezoelectric tuning of exchange bias in a BaTiO3/Co/CoO heterostructure // Phys. Rev. B. - 2010. - V. 82. - 134419 (7 pp).

81. Brandlmaier A., Geprags S., Woltersdort G., Gross R., Goennenwein S.T.B. Nonvolatile, reversible electric-field controlled switching of remanent magnetization in multifunctional ferromagnetic/ferroelectric hybrids // J. Appl. Phys. - 2011. - V. 110, № 4. - 043913 (5 pp).

82. Chopdekar R.V., Malik V.K., Rodriguez A.F., Le Guyader L., Takamura Y., Scholl A., Stender D., Schneider C.W., Bernhard C., Nolting F., Heyderman L.J. Spatially resolved strain-imprinted magnetic states in an artificial multiferroic // Phys. Rev. B. - 2012. - V. 86. - 014408 (9 pp).

83. Buzzi M., Chopdekar R.V., Hockel J.L., Bur A., Wu T., Pilet N., Warnicke P., Carman G.P., Heyderman L.J. , Nolting F. Single Domain Spin Manipulation by Electric Fields in Strain Coupled Artificial Multiferroic Nanostructures // Phys. Rev. Lett. - 2013. - V. 111. - 027204 (5 pp).

84. Wang J.J., Hu J.M., Ma J., Zhang J.X., Chen L.Q., Nan C.W. Full 180 Magnetization Reversal with Electric Fields // Sci. Rep. - 2014. - V. 4. - 7507 (5 pp).

85. Tiercelin N., Preobrazhensky V., Mortet V., Talbi A., Soltani A., Haenen K., Penrod P. Thin film magnetoelectric composites near spin reorientation transition // J. Magn. Magn. Mat. - 2009. - V. 321. - P. 1803-1807.

86. Morosov A.I., Sigov A.S. "Long leg" magnetoelectric memory // JOAP. -2014. - V. 115, № 22 - 223909 (4 pp)

87. Филиппов Д.А., Сринивасан Г. Магнитоэлектрический эффект в наноструктурах феррит-пьезоэлектрик, выращенных на подложке // Вестник НовГУ. - 2008. - № 46. - C. 56-59.

88. Zhang S. Spin-Dependent Surface Screening in Ferromagnets and Magnetic Tunnel Junctions // Phys. Rev. Lett. - 1999. - V. 83, № 3. - P. 640-643.

89. Duan C.-G., Velev J.P., Sabirianov R.F., Zhu Z., Chu J., Jaswal S.S., Tsymbal E.Y. Surface Magnetoelectric Effect in Ferromagnetic Metal Films // Phys. Rev. Lett. - 2008. - V. 101, № 13. - 137201 (4 pp).

90. Cai T., Ju S., Lee J., Sai N., Demkov A.A., Niu Q., Li Z., Shi J., Wang E. Magnetoelectric coupling and electric control of magnetization in ferromagnet/ferroelectric/normal-metal superlattices // Phys. Rev. B. - 2009. - V. 80. - 140415 (4 pp).

91. Duan C.-G., Nan C.-W., Jaswal S.S., Tsymbal E.Y. Universality of the Surface Magnetoelectric Effect in Half-Metals // Phys. Rev. B. - 2009. - V. 79. - 140403 (4 pp).

92. Nan T., Zhou Z., Liu M., Yang X., Gao Y., Assaf B.A., Lin H., Velu S., Wang X., Luo H., Chen J., Akhtar S., Hu E., Rajiv R., Krishnan K., Sreedhar S., Heiman D., Howe B.M., Brown G.J., Sun N.X. Quantification of strain and charge co-mediated magnetoelectric coupling on ultra-thin Permalloy/PMN-PT interface // Sci. Rep. - 2014. - V. 4. - 3688 (6 pp).

93. Cherifi R.O., Ivanovskaya V., Phillips L.C., Zobelli A., Infante I.C., Jacquet E., Garcia V., Fusil S., Briddon P.R., Guiblin N., Mougin A., Unal A.A., Kronast F., Valencia S., Dkhil B., Barthélémy A., Bibes M. Electric-field control of magnetic order above room temperature // Nature Materials. - 2014. - V. 13, № 4. - P. 345351.

94. Tsai W.-C., Liao S.-C., Huang K.-F., Wang D.-S., Lai C.-H. Nonvolatile electric-field modulation of magnetic anisotropy in perpendicularly magnetized L10-FePt/(001)[Pb(Mg1/3Nb2/3]0.7-(PbTi03)0.3 heterostructures // Appl. Phys. Lett. -2013. - V. 103, № 25. - 252405 (4 pp).

95. Zhu Q.-X., Yang M.-M., Zheng M., Zheng R.-K., Guo L.-J., Wang Y., Zhang J.-X., Li X.-M., Luo H.-S., Li X.-G. Ultrahigh Tunability of Room Temperature Electronic Transport and Ferromagnetism in Dilute Magnetic Semiconductor and PMN-PT Single-Crystal-Based Field Effect Transistors via Electric Charge Mediation // Adv. Funct. Mater. - 2015. - V. 25, № 7. - P. 1111-1119.

96. Zhang C., Wang F., Dong C., Gao C., Jia C., Jiang C., Xue D. Electric field mediated non-volatile tuning magnetism at single-crystalline Fe/Pb(Mg1/3Nb2/3)0.vTi0.3O3 interface // Nanoscale. - 2015. - V. 7. - P. 4187-4192.

97. Винокуров Д.Л., Морозов А.И. Бистабильное состояние в магнитных наноструктурах // ФТТ. - 2014. - Т. 56, № 12. - C. 2355-2360.

98. Винокуров Д.Л., Морозов А.И. Бистабильное состояние в магнитных наноструктурах // Материалы Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC_2014). 1-5 декабря 2014 года, г. Москва, C. 7-10.

99. Kittel C. Physical Theory of Ferromagnetic Domains // Rev. Mod. Phys. -1949. - V. 21, № 4. - P. 541-583.

100. Love A.E.H. A Treatise on the Mathematical Theory of Elasticity. - New York: Dover Publications, 1944. - 672 p.

101. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. - М: Наука, 1982. - 624 с.

102. Морозов А.И., Сигов А.С. Поверхностный спин-флоп-переход в антиферромагнетике // УФН. - 2010. - Т. 180, №.7. - С. 709-722.

103. Krinchik G.S., Zubov V.E. Surface magnetism of hematite // Sov. Phys. -JETP. - 1976. - V. 42, № 2. - P. 359-366.

104. Maksimova E.M., Nauhatsky I.A., Strugatsky M.B., Zubov V.E. Surface magnetism of real iron borate monocrystal // JMMM. - 2010. - V. 322, № 4. - P. 477-480.

105. Винокуров Д.Л., Морозов А.И. Поверхностные искажения в слабом ферромагнетике // ФТТ. - 2013. - Т. 55, № 5. - C. 907-910.

106. Винокуров Д.Л., Морозов А.И. Поверхностные искажения в слабом ферромагнетике // Материалы Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного

приборостроения» (INTERMATIC_2012). 3-7 декабря 2012 года, г. Москва, C. 7-10.

107. Qiu D.Y., Ashraf K., Salahuddin S. Nature of magnetic domains in an exchange coupled BiFeO3/CoFe heterostructure // Appl. Phys. Lett. - 2013. - V. 102. - 112902 (5 pp).

108. Bilzer C., Devolder T., Kim J.-V., Counil G., Chappert C. Study of the dynamic magnetic properties of soft CoFeB films // J. Appl. Phys. - 2006. - V. 100. - 053903 (4 pp).

109. Jeong J., Goremychkin E.A., Guidi T., Nakajima K., Jeon G.S. Kim S.-A., Furukawa S., Kim Y.B., Lee S., Kiryukhin V., Cheong S-W., Park J.-G. Spin wave measurements over the full Brillouin zone of multiferroic BiFeO3 // Phys. Rev. Lett. - 2012. - V. 108. - 077202 (5 pp).

110. Yu P., Lee J.-S., Okamoto S. et al. Interface ferromagnetism and orbital reconstruction in В i F e О 3- L a 0 _7S r 0 _3M n О 3 heterostructures // Phys. Rev. Lett. -2010. - V. 105. - 027201 (5 pp).

111. Puli V.S., Kumar A., Panwar N. et al. Transition metal modified bulk BiFeO3 with improved magnetization and linear magneto-electric coupling // J. of Alloys and Comp. - 2011. - V. 509, № 32. - P. 8223-8227.

112. Tian Z., Sander D., Kirschner J. Nonlinear magnetoelastic coupling of epitaxial layers of Fe, Co, and Ni on Ir(100) // Phys. Rev. B. - 2009. - V. 79, № 2. - 024432 (11 pp).

113. Guo Y., Wang J., Li H., Xu P., Cai J. The spin and orbital moment contributions of each element to macroscopic magnetization in Co0.9Fe0.1 films // Chinese Science B. - 2006. - V. 51, № 16. - P. 1934-1938.

114. Винокуров Д.Л. Магнитоупругое взаимодействие в системе ферромагнетик-мультиферроик // ФТТ. - 2015. - Т. 57, № 5. - C. 908-912.

115. Берзин А.А., Винокуров Д.Л., Морозов А.И. Эволюция вектора антиферромагнетизма мультиферроика BiFeO3 в процессе переключения его

сегнетоэлектрической поляризации // ФТТ. - 2016. - Т. 58, № 11. - C. 22372241.

116. Берзин А.А., Винокуров Д.Л., Морозов А.И. Эволюция вектора антиферромагнетизма мультиферроика BiFeO3 в процессе переключения его сегнетоэлектрической поляризации // Материалы Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC_2016). 21-25 ноября 2016 года, г. Москва, C. 17-20.

117. Винокуров Д.Л., Морозов А.И. Обменная связь нанослоя мультиферроика BiFeO3 с нанослоем ферромагнетика Co0 9Fe01 // ФТТ. -2015. - Т. 57, № 9. - C. 1736-1741.