Original title: Studium spinových vln v systémech feromagnet-supravodič
Translated title: Spin waves in ferromagnet-superconductor heterostructures
Authors: Klíma, Jan ; Szulc, Krzysztof (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2025
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [eng] [cze]
Se zvyšující se popularitou kvantových technologií narůstá potřeba využití kryogenních prostředí, které často zahrnují supravodivé materiály. Hybridní systémy využívající spinové vlny za teplot blízko absolutní nuly by mohly těžit ze zvýšené efektivity přeměny elektrických signálů na magnonické, či utvářet laditelná zařízení, jejichž funkcionalitu by šlo přepínat zahříváním/ochlazováním v okolí kritické teploty použitých supravodičů. Tato práce se zaměřuje na takovou úpravu kryostatu, která by umožnila měření mikrovlnných signálů, s jejichž pomocí lze posléze studovat dynamiku magnetizace a spinové vlny za nízkých teplot. Výsledná sestava je použita k studiu feromagnetických systémů se supravodivými strukturami z niobu v širokém rozsahu teplot a magnetických polí. Zvláštní péče je věnována teoretickému popisu spinových vln v heterostrukturách feromagnet-supravodič. V práci je použito měření měrného elektrického odporu k stanovení supravodivých vlastností tenkých vrstev Nb a jak se tyto vlastnosti mění s přidáním feromagnetické vrstvy permalloye. Určení teplotních závislostí magnetických vlastností těchto vrstev bylo dosaženo měřením ferromagnetické rezonance pomocí vektorového obvodového analyzátoru, který byl posléze použit i pro měření spektroskopie šíření spinových vln. Představená sestava otevírá mnohé nové možnosti při charakterizaci supravodivých a magnetických vlastností supravodičů, feromagnetů a hybridních systémů. Jedním z výsledků demonstrujících tento fakt je pozorování vylepšeného buzení spinových vln supravodivými anténami dosaženého v této práci. With the increasing popularity of quantum computing, there is a rising need to deal with systems operating in cryogenic environments, often incorporating superconducting materials. Hybrid systems utilizing spin waves at cryogenic temperatures could benefit from increased conversion efficiency of electrical and magnonic signals and enable a new class of tunable devices, changing their functionality upon crossing the critical temperature of the superconductors involved. This work focuses on upgrading a standard cryostat setup with the possibility to measure microwave signals, which allows us to study magnetization dynamics and spin waves at low temperatures. The measurement setup is then used to study ferromagnetic systems incorporating superconducting niobium structures in a broad temperature and magnetic field range. Special care is also devoted to the theoretical description of the spin waves in the ferromagnet-superconductor heterostructures. The experimental part of this study employs resistivity measurements to characterize the superconducting properties of thin Nb films and their change when a (ferromagnetic) permalloy layer is placed on top. Characterization of temperature-dependent properties of the magnetic materials is achieved by vector network analysis of ferromagnetic resonance, while the spin wave behaviour is measured by propagating spin-wave spectroscopy. The developed setup opens a wide range of possibilities in characterization of superconducting and magnetic properties of magnetic, superconducting, and hybrid materials and materials systems. A pilot experiment showing enhanced excitation of spin waves by superconducting antennas is presented in the last chapter of this thesis.
Keywords: ferromagnetická rezonance; magnonika; přenos elektronů; spektroskopie šíření spinových vln; spinové vlny; supravodivost; electronic transport; ferromagnetic resonance; magnonics; propagating spin wave spectroscopy; spin waves; superconductivity

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/251571

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-682902


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