|
|
Current Induced Magnetization Dynamics in Nanostructures
Uhlíř, Vojtěch ; Thiaville, André (oponent) ; Ravelosona, Dafiné (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
This thesis deals with the study of current-induced magnetization dynamics and domain wall (DW) motion in NiFe/Cu/Co nanowires, induced by the so-called spin-transfer torque effect. Prior to this work, transport measurements had proven that in this trilayer system, DWs in NiFe can be moved with relatively low current densities, suggesting a particularly high spin-torque efficiency. The aim of this study has been to use photoemission electron microscopy combined with x-ray magnetic circular dichroism at synchrotron radiation sources to observe directly the magnetic configurations in the trilayers and their evolution during and after the application of nanosecond current pulses. An important step of the work has been to optimize the growth of the NiFe/Cu/Co layers, in the view of increasing interface quality and minimize interlayer coupling. The process of nanowire patterning by e-beam lithography has also been optimized. Two kinds of measurements have been carried out: i) quasi static measurements, where the domain configuration is observed before and after the application of current pulses and ii) dynamic measurements, where the magnetic configuration has been observed during the application of current pulses. The first measurements have allowed us to study the statistical behaviour of DWs under the application of current pulses: on one hand, the domain wall velocities reach extremely high values for relatively low current densities (up to 600 m/s for 5x10^11 A/m^2). On the other hand, DW motion over distances larger than 2-3 microns is strongly hindered by pinning. Time-resolved measurements during the current pulses, carried out for the first time by our team, have allowed us to demonstrate that the NiFe magnetization is strongly tilted in the direction transverse to the nanowire direction, due to the presence of a transverse Oersted field. This effect might contribute to the enhancement of DW velocities in the NiFe layers.
|
|
|
Spatial confinement effects in metamagnetic nanostructures
Jaskowiec, Jiří ; Klapetek, Petr (oponent) ; Uhlíř, Vojtěch (vedoucí práce)
New properties and effects caused by spatial confinement of materials have critical influence in many scientific and technical fields. Reduction of device sizes, increase of recording density and increasing process efficiency are current trends in electronic industry. In this work, the influence of spatial confinement on the metamagnetic phase transition in Iron-Rhodium (FeRh) is studied. The FeRh alloy exhibits a first order phase transition from the antiferromagnetic phase to the ferromagnetic phase. Using magnetic force microscopy in an out-of-plane magnetic field the phase domain structure is imaged and analyzed across the phase transition. Quantitative analysis of measured data is done using the height-height correlation function and its results are compared for different structure sizes and thin layer thicknesses.
|
|
|
Magnetotransport properties of FeRh nanowires
Fabianová, Kateřina ; Dubroka, Adam (oponent) ; Uhlíř, Vojtěch (vedoucí práce)
Iron-rhodium (FeRh) is a material undergoing a first order magnetic phase transition from antiferromagnetic (AF) to ferromagnetic (FM) phase which occurs when the material is heated above the transition temperature or by applying a sufficiently large magnetic field. This phase transition is accompanied by a significant change in entropy, magnetization and electric resistivity while the transition temperature is strongly dependent on the crystal stoichiometry, elemental substitution, pressure and in case of thin layers on the strain induced by the substrate. This work is focused on the study of magnetotransport properties of wires patterned from FeRh thin layers grown on substrates inducing different strain in the layer. One of the main effects studied in this work is the anisotropic magnetoresistance (AMR) demonstrated by a change of the resistance for different orientations of the magnetic moments in the material with respect to the electric current direction. The AMR was studied both in the FM and AF phase of FeRh. The AMR of the FM phase in the high temperature phase was measured and an unexpected behavior of the AMR of the residual FM phase of FeRh in the low temperature phase was discovered. A strong dependence of the AMR on the orientation of the measured segment with respect to the crystallographic directions of FeRh was explored.
|
|
|
Nukleace magnetické fázové přeměny v nanostrukturách řízená substrátem
Hajduček, Jan ; Procházka, Pavel (oponent) ; Uhlíř, Vojtěch (vedoucí práce)
Vlastnosti fázové přeměny v železo-rhodiu (FeRh) z antiferomagnetické fáze (AF) do feromagnetické fáze (FM) jsou výrazně ovlivňovány strukturními defekty v FeRh. Epitaxní vrstvy FeRh jsou připraveny na substrátu MgO (001). Povrchové atomární terasy substrátu mohou vyvolat defekty ve struktuře epitaxní vrstvy a modifikovat její elektronické a magnetické vlastnosti. V této práci je studován vliv povrchových teras substrátu MgO na šířku a hysterezi metamagnetického fázového přechodu tenkých vrstev FeRh a nanodrátů z FeRh. Vzájemná orientace teras a nanodrátů ovlivňuje počet a charakter defektů, které se projeví na počtu skokových přechodů z FM fáze do AF fáze v nanodrátech FeRh. Pro přípravu nanodrátů byla použita metoda elektronové litografie. FM domény v nanodrátech byly zobrazeny pomocí mikroskopu magnetických sil a byla provedena měření elektrického transportu v různě orientovaných nanodrátech na substrátech s odlišnou šířkou povrchových teras. S rostoucí hustotou teras byl pozorován výrazný nárůst počtu skokových přechodů z FM fáze do AF fáze.
|
|
|
Exchange bias in metamagnetic heterostructures
Zadorozhnii, Oleksii ; Schneeweiss, Oldřich (oponent) ; Uhlíř, Vojtěch (vedoucí práce)
Exchange bias is an intriguing physical phenomenon occuring at the interface of antiferromagnet (AF) and ferromagnet (FM) materials, which has already been widely applied in electronics and magnetic recording industry. Despite being intensely studied for a long time, the exact mechanism behind it remains an unsettled matter. This work presents an overview of the relevant studies documenting exchange bias in thin film bilayer systems, including both experimental evidence and theoretical models developed. The experimental tasks of this diploma thesis covered both manufacturing and measurement of different exchange bias model systems. An Fe/FeRh bilayer (here the FeRh layer features a phase transition from AF to FM at 360K), provides convenient tunability of the exchange bias. Next, the exchange bias and shape anisotropy effects were investigated in Fe/FeRh microstructures. Lastly, the presence of exchange bias was investigated between the coexisting FM and AF phases in submicron FeRh nanowires. The samples were fabricated using magnetron sputtering and E-beam lithography. All the presented systems were analyzed using Magneto-Optical Kerr Effect microscopy. Exchange bias was successfully found in the Fe/FeRh system nearly identical in magnitude and orientation to the results in literature, having an inferior FM-AF interface quality. Training effect as well as rotational asymmetry were also proven to exist within this system, solidifying the presence of exchange bias. In nanowires, significant exchange bias was measured between the coexisting FM and AF phases during cooling from the FM phase to the AF phase.
|
|
|
Depozice metamagnetických tenkých vrstev s nízkým magnetickým tlumením
Hnilica, Ján ; Vaňatka, Marek (oponent) ; Uhlíř, Vojtěch (vedoucí práce)
Vlastnosti magnetického tlumení jsou ve slitině FeRh podmíněny stechiometrickým poměrem jednotlivých složek slitiny, počtem strukturních defektů a mírou epitaxe deponovaných vrstev na substrátu MgO(001). V této práci je objasněn mechanismus jednotlivých příspěvků magnetického tlumení a studován vliv složení slitiny, strukturních defektů a míry epitaxe na výsledné magnetické tlumení. Pro přípravu tenkých vrstev FeRh bylo použito magnetronové naprašování, pro základní magnetickou charakteristiku vibrační magnetometrie a pro určení magnetického tlumení byla využita širokopásmová feromagnetická rezonance (VNA-FMR). S rostoucím obsahem atomů Rh ve slitině, snižující se mírou epitaxe a rostoucím počtem defektů byl pozorován významný nárust celkového magnetického tlumení.
|
|
|
Imaging of metamagnetic thin films using TEM
Hajduček, Jan ; Buršík,, Jiří (oponent) ; Uhlíř, Vojtěch (vedoucí práce)
Complex magnetic materials at the nanoscale are essential in many areas of modern devices, such as digital memories or sensors. Novel technological approaches require the control and understanding of modern magnetic materials down to the atomic scale. One possibility is to exploit high-resolution transmission electron microscopy (TEM), characteristic for its outstanding subatomic resolution. This thesis investigates the options of TEM imaging of metamagnetic materials. These materials are characteristic by displaying coexistence of magnetic phases upon external control. Thin films of metamagnetic FeRh are used as an experimental platform to investigate the various aspects of TEM imaging. FeRh undergoes the metamagnetic phase transition from antiferromagnetic to ferromagnetic phase upon heating. We start with evaluating the sample fabrication processes suitable for our system, which is essential for successful TEM analysis. The differential phase contrast (DPC) technique in TEM is used for the magnetic analysis due to its direct access to the sample magnetic field configuration. An in-depth discussion of DPC signal formation is presented, which is crucial for understanding and analysis of resulting images. Furthermore, we perform structural, chemical, and particularly magnetic imaging of both magnetic phases present in FeRh. Finally, the process of in-situ heating of metamagnetic FeRh lamellae is presented.
|
|
|
Mikroskopie magnetických sil a transportní vlastnosti metamagnetických nanostruktur
Jaskowiec, Jiří ; Vaňatka, Marek (oponent) ; Uhlíř, Vojtěch (vedoucí práce)
Železo-rhodium (FeRh) je látka charakteristická svou fázovou přeměnou prvního druhu mezi antiferomagnetickou (AF) a feromagnetickou (FM) fází. U objemového FeRh je tato změna symetrická vůči směru přechodu. Symetrickou zůstává i při omezení objemového materiálu do tenké vrstvy FeRh. Tato práce se věnuje vlastnostem mezostruktur o laterální velikosti pod jeden mikrometr, ve kterých byla nedávno objevena asymetrie mezi přechodem AF-FM a FM-AF pomocí měření elektrického odporu nanodrátů FeRh v závislosti na teplotě. Pomocí metody mikroskopie magnetických sil v magnetickém poli kolmém na rovinu vzorku je zviditelněna fázová struktura mezostruktur FeRh při fázové přeměně. Kvantitativní analýzou měřeného magnetického signálu je ukázán vliv velikosti struktur na přechlazení FM fáze a skokový nárůst AF fáze při přechodu FM-AF.
|
|
|
Magnetická fázová přeměna v prostorově omezených strukturách
Schánilec, Vojtěch ; Urbánek, Michal (oponent) ; Uhlíř, Vojtěch (vedoucí práce)
Tenké vrstvy železo-rhodia (FeRh) mají unikátní vlastnosti díky tomu, že prodělávají magnetickou fázovou přeměnu I. druhu, při které dochází ke změně z antiferomagnetické do feromagnetické fáze. Fázovou přeměnu v FeRh lze ovlivňovat vnějšími parametry, například teplotou nebo vnějším magnetickým polem. V nulovém magnetickém poli nastává fázová přeměna při teplotách okolo 360 K, což je výhodné pro využití v praxi. V této práci zkoumáme fázovou přeměnu v prostorově omezených strukturách z FeRh. V teoretické části je zpracována rešeršní studie zabývající se fázovou přeměnou v FeRh, jejím ovlivněním za použití různých substrátů a prostorového omezení, které má významný vliv na asymetrii fázových přeměn FeRh při chlazení a zahřívání. V praktické části je popsán návrh a sestavení modulu pro zahřívání vzorků kompatibilního s mikroskopem magnetických sil (MFM). Pomocí metody MFM byla zobrazena nukleace a následný růst feromagnetických domén ve strukturách FeRh.
|
|
|
Magnetické vlastnosti materiálů založených na metastabilních vrstvách Fe-Ni
Křižáková, Viola ; Uhlíř, Vojtěch (oponent) ; Flajšman, Lukáš (vedoucí práce)
Metastabilní tenké vrstvy Fe78Ni22 na monokrystalickém substrátu Cu(100) jsou známy svou schopností strukturní a magnetické fázové přeměny indukované ozářením iontovým svazkem. Tato bakalářská práce se zabývá charakterizací magnetických vlastností vrstev Fe78Ni22 s důrazem na jejich anizotropní chování. V teoretické části je popsán analytický model popisující magnetické anizotropie v planárních strukturách a tenkých vrstvách i modifikace tohoto modelu pro systém Fe78Ni22/Cu(100). V experimentální části je nejprve podrobně prostudována anizotropie FeNi struktur transformovaných iontovým svazkem. Tyto vrstvy i struktury vykazují čtyřčetnou magnetickou anizotropii související s krystalovou bcc strukturou železa. Následně je ukázána možnost indukce uniaxiální anizotropie vhodnou strategií skenování iontovým svazkem během transformace. V poslední části práce je zjištěno nejvyšší laterální rozlišení magnetických struktur transformovaných fokusovaným iontovým svazkem a je připraven prototyp magnonického krystalu.
|
host ::
RSS.