|
|
Spin wave excitation and propagation in magnonic crystals prepared by focused ion beam direct writing
Křižáková, Viola ; Olejník,, Kamil (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
Paramagnetic Ni-stabilized fcc Fe thin films epitaxially grown on Cu(100) are known for their capability to undergo ion-beam-induced phase transformation into ferromagnetic bcc phase. To bring these metastable films closer to the application, a Cu(100) substrate can be further substituted by Si(100) with a Cu(100) buffer layer. With the use of a focused ion beam, magnetic properties of the films can be locally tailored and modulated. Moreover, this alternative approach to the preparation of media suitable for spin-wave guidance provides patterning possibilities unattainable by conventional lithography techniques. Magnetic structures prepared in this way are studied by all-electrical spin-wave spectroscopy. This thesis covers the entire process from the metastable thin film growth, through the patterning, to structural studies and static and dynamic magnetic characterization. A broadband ferromagnetic resonance and propagating spin wave spectroscopy experiments are performed on focused-ion-beam-transformed continuous layers and microstructures. Microscale coplanar waveguides are used for inductive excitation and detection of spin waves with defined wavevectors. Magnetic properties such as saturation magnetization and damping are extracted from the ferromagnetic resonance measurements and characteristics of the propagating modes such as spin-wave decay length or group velocity are studied and compared with common ferromagnetic materials.
|
|
|
Study of magnonic crystals in a frequency domain
Turčan, Igor ; Hrabec, Aleš (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
Characterization of magnetodynamic properties of nanomagnets and nanostructured magnetic materials requires methods appropriate for probing the typical timescales of these systems, i.e. in the sub-nanosecond range. The lack of appropriate time-domain characterization techniques is linked to the limits of current electronics. Other possible approach is to use the frequency domain characterization in GHz range. The most common frequency domain characterization technique is the ferromagnetic resonance (FMR) measurement. From FMR spectra it is possible to extract valuable information about the magnetic system: the damping parameter, saturation magnetization etc. The method we utilize for detection of spin-wave excitations aims for the simplification of the characterization experiment. We employ the thermoelectric detection of spin waves in magnetic strips via anomalous Nernst effect. The method is based on the heat generation inside a magnetic film due to the relaxation of spin waves to the lattice. The dissipation of spin-wave energy heats the magnetic strip and creates a temperature gradient towards the substrate (perpendicular to the surface). This leads to generation of an electric field perpendicular to both the temperature gradient and the magnetization direction. The voltage is usually in the V range, hence it can be measured with common laboratory equipment. Despite its simplicity, this method yields very interesting results and can be used for characterization of magnonic waveguides, magnonic metamaterials, spin-wave emitters and other spin-wave devices.
|
|
|
Phase-resolved Brillouin light scattering: development and applications
Wojewoda, Ondřej ; Dubroka, Adam (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
Spin waves have the potential to be used as a new platform for data transfer and processing as they can reach wavelengths in the nanometer range and frequencies in the terahertz range. To be able to design the spin-wave devices and logic circuits we need to be able to gather the information about spatial distribution of the spin-wave intensity and if possible, also their phase. This can be measured with the use of phase-resolved micro-Brillouin-light-scattering (µ-BLS) setup. The presented work deals with extending the existing intensity resolved setup with the possibility to also acquire the spin-wave phase. The upgraded Brillouin light scattering setup is thoroughly described and its performance is characterized. The capabilities of the developed setup are demonstrated in the study of propagation of spin waves through a Néel domain wall. The acquired 2D spin-wave intensity maps reveal that spin-wave transmission through a domain wall is influenced by a topologically enforced circular Bloch line in the domain wall center and that the propagation regime depends on the spin-wave frequency. In the first regime, two spin-wave beams propagating around the circular Bloch line are formed, whereas in the second regime, spin waves propagate in a single central beam through the circular Bloch line. Phase-resolved µ-BLS measurements reveal a phase shift upon transmission through the domain wall for both regimes. Micromagnetic modelling of the transmitted spin waves unveils a distortion of their phase fronts which needs to be taken into account when interpreting the measurements and designing potential devices. Moreover, we show, by means of micromagnetic simulations, that an external magnetic field can be used to move the circular Bloch line within the domain wall to manipulate spin-wave propagation.
|
|
|
Generování a detekce výměnných spinových vln pomocí mikrovlnných nanoantén
Davídková, Kristýna ; Holobrádek, Jakub (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
Přenos a zpracování informací by v budoucnu mohl být uskutečněn pomocí spinových vln. Využitím možnosti zakódování informace do amplitudy i fáze vlny by vedlo ke zrychlení komplexních matematických operací, přičemž pro jejich efektivitu je nezbytné pracovat se spinovými vlnami ve výměnném režimu, které se vyznačují krátkou vlnovou délkou. Výměnné spinové vlny ovšem není tak snadné vybudit. Předložená práce se zabývá buzením a detekcí výměnných spinových vln, která je provedena pomocí litograficky vyrobených nanoantén na povrchu magnetické vrstvy granátu železo-itria. Práce se rovněž zabývá analytickými výpočty excitačních spekter budících nanoantén různých tvarů a rozměrů, jejichž tvar je ověřen simulacemi i experimentem.
|
|
|
Návrh zařízení pro měření magnetodynamických vlastností magnetických materiálů a nanostruktur
Roučka, Václav ; Vaňatka, Marek (oponent) ; Turčan, Igor (vedoucí práce)
Další rozvoj magnoniky, vědního oboru zabývajícího se fenoménem spinových vln, je spojen s výzkumem nových materiálů a struktur s užitečnými magnetodynamickými vlastnostmi. Jednou z experimentálních technik sloužících ke zjištění takových vlastností je měření feromagnetické resonance pomocí vektorového obvodového analyzátoru. Touto experimentální technikou se zabývá předložená bakalářská práce. Nejprve jsou zde stručně uvedeny teoretické základy dynamiky magnetizace a šíření elektromagnetických vln v mikrovlnných obvodech. Dále jsou v práci popsány jednotlivé komponenty experimentální sestavy a její konstrukce. Funkce zařízení je prezentována na měření feromagnetické resonance vzorku permalloye. Naměřená data jsou zpracována podle metod uvedených v této práci a na závěr jsou předloženy výsledné magnetodynamické vlastnosti permalloye.
|
|
|
Disperzní relace magnonických krystalů s netriviální prostorovou distribucí magnetické anizotropie
Wojewoda, Ondřej ; Hamrle,, Jaroslav (oponent) ; Flajšman, Lukáš (vedoucí práce)
Magnonika je poměrně novým vědním oborem zabývajícím se spinovými vlnami, což jsou kolektivní excitace magnetizace. Základními stavebními prvky magnonických obvodů, které umožňují kontrolu nad disperzí spinových vln jsou magnonické krystaly. Jejich periodická struktura zapříčiní vznik komplexní pásové struktury s pásem zakázaných frekvencí. Periodické struktury lze klasicky dosáhnout modulací tloušťky materiálu nebo skokovou změnou saturační magnetizace. Předložená práce se zabývá teoretickým popisem disperzních relací magnonických krystalů, kde je periodicity systému dosahováno modulací směru uniaxiální magnetické anizotropie a kontinuální změnou saturační magnetizace. Pro lepší vhled do chování spinových vln v prostředí se změnou magnetických vlastností je uvedena teorie popisující lom a odraz spinových vln na rozhraní, která byla dále ověřena numerickými simulacemi.
|
|
|
Spin wave turns
Dočkalová, Lucie ; Gablech, Imrich (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
In today's world of modern technology, there is considerable pressure to develop increasingly powerful electronic devices. These devices operate on the basis of integrated circuits, where the smallest components currently reach a size in the order of nanometers. Their further technological development connected with the trend of miniaturization encounters the limits resulting from the quantum character of electrons. Magnonics, as a new field of modern physics, offers a solution to this obstacle. Unlike electronic devices, magnonic devices process data using magnons, quasi-particles of spin waves. Although some magnonic devices have already been introduced, connecting them on a small chip is very complicated. Highly anisotropic dispersion relationships of spin waves prevent the efficient transmission of magnons through so-called waveguides. In this work, we deal with a way to overcome this anisotropy and thus allow the propagation of spin waves in any direction with the same efficiency. For this purpose, we use corrugated waveguides in the shape of bends, which we produce using a combination of electron lithography and deposition induced by a focused electron beam. The ripple of the prepared waveguides is characterized using an atomic force microscope. Subsequently, we examine the magnetic state of the structures using Kerr microscopy. Finally, we focus on the propagation of spin waves through the curves produced, which we measure using Brillouin light scattering spectroscopy.
|
|
|
Magneto-optical study of the dynamic properties of magnetic nanostructures and nanostructured metamaterials
Flajšman, Lukáš ; Chumak, Andrii (oponent) ; Revelosona, Dafiné (oponent) ; Spousta, Jiří (vedoucí práce)
The magnonics is the novel research topic in magnetism concerned with the physics of spin waves. The magnonics has the potential to introduce novel devices for wave-based computing with low power consumption. During the fabrication process of the magnonic devices using common materials and fabrication techniques, we are left only with a minimum means of how to alter the inherent properties of the magnetic materials. This highly limits the usability or versatility of the structures. This work introduces a novel material to the magnonics. The unique and highly deterministic properties of the structures prepared by focused ion beam direct writing into the metastable iron layer are presented and partially exploited in a set of prototypical structures prepared in the system. The important parameters of the system are extracted from the measurement of the spin-wave dispersion by the means of the phase-resolved Brillouin light scattering method. The findings are supported by the micromagnetic simulations and by using the analytical models. Three sets of novel magnonic devices that exploit the unique properties of the system are presented and tested.
|
|
|
Metastable iron thin films for magnetic metamaterials
Holobrádek, Jakub ; Man, Ondřej (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
Magnetic nanostructures are widely investigated for applications in industrial and fundamental research thanks to their interesting properties. One of the concerned scientific disciplines is magnonics – a novel research topic in magnetism concerned with the physics of spin waves, which can be used for fabrication of novel devices for wave-based computing with low power consumption. Fabrication of magnonic structures by a focused ion beam (FIB) is an alternative method to the commonly used lithographic methods. The material used in this work -- metastable iron – is able to undergo an ion-beam-induced phase transformation from a paramagnetic fcc to a ferromagnetic bcc phase. One of the properties, which affect the spin-wave propagation, is magnetic anisotropy. This thesis presents the influence of UHV conditions during the deposition of the metastable iron film on the magnetic anisotropy of the structures fabricated via FIB into this film. We also investigate the relationship between FIB parameters, crystallographic properties of the resulting structures, and their magnetic anisotropy.
|
|
|
Parametrické pumpování jako zdroj krátkovlnných spinových vln
Pavelka, Dominik ; Zadorozhnii, Oleksii (oponent) ; Holobrádek, Jakub (vedoucí práce)
Spinové vlny mají potenciál sehrát klíčovou roli v oblasti moderních informačních technologií, jelikož mohou přenášet informaci s minimálními energetickými ztrátami. Pro účely implementace součástek založených na spinových vlnách do logických obvodů je nezbytné tyto součástky miniauturizovat. K tomuto účelu je zapotřebí krátkovlnných spinových vln a efektivních metod, jak je vybudit. Tato bakalářská práce se věnuje metodě buzení spinových vln parametrickým pumpováním. Pojednává o teorii potřebné pro pochopení této problematiky, a především zachycuje průběh plánování a provedení experimentu. Pro experiment byl navržen a vyroben vzorek s nanoanténami vhodnými pro parametrické pumpování krátkovlnných spinových vln. Výsledky měření na tomto vzorku potvrzují přítomnost parametricky pumpovaných spinových vln a zobrazují jejich závislost na frekvenci a amplitudě budicího pole. Práce přispívá k rozšíření našeho porozumění parametrickému pumpování spinových vln a bude na ni navazovat další výzkum využívající výsledků dosažených v této práci.
|
host ::
RSS.