Original title: Vliv epitaxního napětí na koexistenci feromagnetické a antiferomagnetické fáze na bočním rozhraní mezi tenkou vrstvou a proužkem FeRh
Translated title: Influence of the epitaxial strain at the lateral thin film-stripe interface on the Ferromagnetic-Antiferromagnetic phase coexistence in FeRh
Authors: Hrdinová, Sára ; Kepič, Peter (referee) ; Zadorozhnii, Oleksii (advisor)
Document type: Bachelor's theses
Year: 2024
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [eng] [cze]
Ekviatomická slitina FeRh vykazuje fázový přechod z antiferomagnetického do feromagnetického uspořádání při teplotě kolem 350 K. Díky tomu se stává ideálním materiálem pro studium výměnných interakcí mezi ferromagnetickou a antiferomagnetickou fází v rámci systému tvořeného jedním materiálem. Díky relaxaci kompresivního epitaxního napětí způsobeného substrátem MgO na okrajích struktur a následné stabilizaci feromagnetické fáze, bychom mohli vytvořit vhodné rozhraní mezi relaxovaným feromagnetckým drátkem a napjatou antiferomagnetickou vrstvou. V této práci jsou nejprve popisány magnetické vlastnosti materiálů, jejich původ a vlastnosti slitiny FeRh s důrazem na fázovou přeměnu. Dále práce obsahuje shrnutí aktuálních výzkumů a článků, týkajících se nukleace fázových domén na strukturovaných i souvislých vrstvách. K samotným měřením byly použity techniky jako je magnetronové naprašování, kterým byly nadeponovány vrstvy FeRh o tloušťkách 36 nm a 180 nm. Po úpravě vrstev pomocí elektronové litografie byly charakterizovány pomocí mikroskopie magnetických sil. Tato měření ukazují, že relaxave napětí výrazně závisí na orientaci proužku vzhledem ke krystalové struktuře substrátu. Pro orientaci 0° je vliv substrátu výraznější než pro 45°. Vrstva FeRh tloušťky 36 nm netvoří souvislé rozhraní na proužcích šířky 1000 nm. Místo toho vytváří malé domény, které vypovídají o rozložení napětí ve struktuře. Silnější vrstvy tloušťky 180 nm nám poskytují jasně definovaného rozhraní pro drátky delší něž 25 µm. Rozhraní bylo dosaženo pro šířky proužků od 1250 nm do 300 nm. U struktur s širšími proužky se feromagnetická fáze na okrajích souvislé vrstvy spojuje s feromagnetickou fází v drátku a tím zakřivuje rozhraní. Toto spojení se postupně přerušuje u tenších proužků s rozměry 800 nm a 600 nm. Proužek šířky 300 nm vykazuje jasné rozhraní mezi svými kraji, které je kompletně odděleno od souvislé vrstvy. An equiatomic alloy FeRh exhibits a phase transition from antiferromagnetic to ferromagnetic ordering at a temperature about 350 K. This makes it an ideal material for studying exchange interactions between ferromagnetic and antiferromagnetic ordering within a single material system. In this work, we investigate the relaxation of the compressive epitaxial strain caused by nanopatterning of the FeRh film. Relaxation of this strain leads to the stabilization of the ferromagnetic phase, which could lead to the formation of a suitable interface between the relaxed ferromagnetic nanostripe and the compressed antiferromagnetic film. In this bachelor thesis we first describe in detail the magnetic properties of the materials and properties of the FeRh alloy with the emphasis on the phase transformation. Our experiments supported by recent literature research include depositing FeRh layers with thicknesses of 36 nm and 180 nm. After patterning by electron beam lithography, the samples were characterised using Magnetic Force Microscopy. These measurements show that the strain relaxation is strongly dependent on the orientation of the nanostripe with respect to the crystal structure of the substrate. For an orientation of 0°, the strain relaxation is more pronounced than for 45°. The 36 nm thin FeRh layers do not form a continuous phase boundary between the nanostripe and the full film in 1000 nm wide nanostripes. Instead, they form small domains that are indicative of the strain distribution in the structure. Layers of 180 nm thickness show a phase coexistence between the nanopatterned stripe and the film for stripes longer than 25 µm. Well-defined interfaces have been achieved for stripe widths from 1250 nm to 300 nm. For structures with wider stripes, the ferromagnetic phase at the edges of the continuous layer merges with the ferromagnetic phase in the nanostripe, thereby curving the interface. This merging is gradually broken at the interface in the thinner stripe with dimensions 800 nm and 600 nm. The stripe of width 300 nm shows a clear interface between its sides.
Keywords: Antiferomagnetismus; Epitaxní napětí; FeRh; Feromagnetismus; Fázová přeměna; Fázový přechod vyvolaný napětím; MFM; Mikroskopie magnetických sil; Antiferromagnetism; Epitaxial strain; FeRh alloy; Ferromagnetism; Force Microscopy; Magnetic; MFM; Phase transition; Strain-induced phase transition

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: https://hdl.handle.net/11012/248286

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-618253


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Bachelor's theses