|
|
Field demagnetised artificial square ice magnets: long-range interactions, origin of stochasticity and effective thermodynamics
Brunn, Ondřej ; Lacour, Daniel (referee) ; Lassailly,, Yves (referee) ; Kolařík, Vladimír (advisor)
V posledních dvou desetiletích se umělé systémy spinového ledu staly významnou experimentální platformou pro zkoumání kooperativních magnetických jevů často spojených s vysoce frustrovanými magnety. Ve srovnání se svými přirozenými protějšky nabízejí umělé systémy spinového ledu vytvořené z vzájemně interagujících magnetických nanostruktur několik klíčových výhod. Díky tomu, že jsou připravovány pomocí mikro nanotechnologických procesů, lze vytvářet rozsáhlou paletu geometrií. Kromě toho lze jejich magnetickou konfiguraci přímo vizualizovat na úrovni spinového stupně volnosti pomocí magnetických zobrazovacích technik. Lokální a globální veličiny lze pak pohodlně měřit v reálném prostoru a čase, a to při téměř libovolné teplotě. Tato doktorská práce se zaměřuje na takové umělé spinové systémy, konkrétně na čtvercovou geometrii, která byla původně navržena jako dvourozměrný (2D) protějšek trojrozměrné (3D) krystalové struktury pyrochlorů. Tento 2D přístup však odstraňuje magnetickou frustraci přítomnou ve 3D a systém se uspořádává konvenčním antiferomagnetickým způsobem, místo aby vykazoval vysoce degenerovaný základní stav podobný spinové kapalině. Na základě strategie navržené v literatuře byla vyrobena pole nanostruktur sestávajících ze dvou vertikálně posunutých submřížek, aby se obnovil účinek frustrace, což umožnilo experimentálně dosáhnout režimu spinové kapaliny. Zachycení magnetických konfigurací získaných po protokolu demagnetizace magnetickým polem odhalilo následující: analýza párových spinových korelací vykazuje odchylky od toho, co předpovídá model čtvercového ledu (krátkého dosahu). Srovnáme-li experimentální zjištění se simulacemi Monte Carlo, naše výsledky ukazují, že magnetostatické interakce dlouhého dosahu nejsou v našich polích, na rozdíl od původního názoru, potlačeny. Poté byly tyto umělé struktury čtvercového ledu použity k pochopení toho, do jaké míry je námi aplikovaný protokol demagnetizace polem stochastickým procesem. Za tímto účelem jsme studovali magnetické konfigurace získané po jednotlivých aplikacích demagnetizačního protokolu. Naše výsledky ukazují, že každý zachycený magnetický mikrostav se podstatně liší od předchozího, ale ne zcela. Analýzou odpovídajících spinových a vertexových konfigurací jsme prokázali, že náš demagnetizační protokol je stochastický proces, ačkoli jsme také pozorovali jednoznačné známky magnetického determinismu, které přisuzujeme přítomnosti drobných nedokonalostí našich umělých systému. Následně diskutujeme možné zdroje náhodnosti v našem experimentu. Nakonec zkoumáme chování řady konvenčních (vertikálně neposunutých) čtvercových mřížek demagnetizovaných magnetickým polem, u nichž se postupně mění parametr mřížky, aby se ladila síla interakcí mezi elementy tvořící systém. Srovnáním experimentálních populací vertexů a párových spinových korelací s předpověďmi Monte Carlo ukazujeme, že mřížková řada je dobře aproximována jedinečným spinovým hamiltoniánem krátkého dosahu zkoumaným při různých efektivních teplotách. Jinými slovy, mřížkový parametr může sloužit jako jistý ovladač pro zkoumání termodynamiky daného spinového modelu.
|
|
|
Magnetic arctic circle physics in an artificial square ice magnet
Ondříšková, Martina ; Lacour, Daniel (referee) ; Rougemaille, Nicolas (advisor)
Za specifických okrajových podmínek vykazuje tento model ledu na čtvercové mřížce fázovou separaci s neuspořádaným jádrem a uspořádanou vnější oblastí, známou jako jev ’polárního kruhu’. Inspirováni nedávnými experimentálními realizacemi s využitím programovatelných mřížek se snažíme pozorovat a zkoumat tyto vlastnosti ve čtvercové mřížce interagujících nanomagnetů, dosáhnout doménových okrajových podmínek (DWBC) nezbytných pro arktický kruh a zkoumat jejich celkový dopad na systém. V této práci použijeme mikroskopii magnetických sil na litograficky vyrobených mřížkách k přímému pozorování topologické povahy Coulombovy fáze a mechanismu segregace monopólu. S využitím inovativního přístupu budeme konstruovat okrajové podmínky mřížky prostřednictvím specifického zapojení nanomagnetů na okrajích. Naše práce se zaměří nejen na spinově kapalnou povahu neuspořádané oblasti uvnitř arktické křivky a segregaci monopólu podle magnetického náboje a momentu, ale také na šíření omezení z DWBC a jejich celkový dopad na systém.
|
|
|
Magnetic spin ice states in artificial magnetic frustrated systems
Schánilec, Vojtěch ; Hrabec, Aleš (referee) ; Rougemaille, Nicolas (advisor)
Uměle vytvořené systémy spinového ledu jsou vhodným nástrojem pro zkoumání neobvyklých jevů, které se v přírodě dají jen těžko pozorovat. Speciálním případem umělého spinového ledu je kagome mřížka, která umožňuje zkoumat kolektivní chování spinů v látce. Tento systém má řadu předpovězených exotických magnetických fází, které zatím nebyly změřeny a prozkoumány v reálném prostoru. V rámci této práce se zabýváme úpravou kagome mřížky tak, aby mohla být využita ke zkoumání exotických stavů v reálném prostoru. Experimenty provedené na naší upravené mřížce ukazují, že jsme schopni detekovat nízko i vysoko energiové stavy, a tedy, že námi navržená úprava kagome mřížky je vhodná pro zkoumání exotických stavů v reálném prostoru.
|
|
|
Magnetic phases in an artificial realization of the square ice model
Brunn, Ondřej ; Hrabec, Aleš (referee) ; Rougemaille, Nicolas (advisor)
Umělé spinové systémy jsou vhodným nástrojem pro zkoumání a ovlivňování neobvyklých exotických nízko-energiových stavů přímo v reálném prostoru. Experimentální realizace těchto systémů jsou založeny na výrobě vzájemně interagujících nano-magnetů uspořádaných do požadované geometrie. Prvním a asi i nejvíce studovaným umělým systémem je prostá čtvercová mřížka. V této práci se zabýváme modifikováním této čtvercové geometrie, které umožní zachycení různých magnetických fází založených na modelech ledu. Výsledky ukazují, že vhodným nastaveném této modifikace lze realizovat různé magnetické fáze, včetně neuspořádané spinové kapalné fáze s uvězněnými magnetickými kvazičásticemi (magnetickými monopóly).
|
|
|
Magnetic phases in an artificial realization of the square ice model
Brunn, Ondřej ; Hrabec, Aleš (referee) ; Rougemaille, Nicolas (advisor)
Umělé spinové systémy jsou vhodným nástrojem pro zkoumání a ovlivňování neobvyklých exotických nízko-energiových stavů přímo v reálném prostoru. Experimentální realizace těchto systémů jsou založeny na výrobě vzájemně interagujících nano-magnetů uspořádaných do požadované geometrie. Prvním a asi i nejvíce studovaným umělým systémem je prostá čtvercová mřížka. V této práci se zabýváme modifikováním této čtvercové geometrie, které umožní zachycení různých magnetických fází založených na modelech ledu. Výsledky ukazují, že vhodným nastaveném této modifikace lze realizovat různé magnetické fáze, včetně neuspořádané spinové kapalné fáze s uvězněnými magnetickými kvazičásticemi (magnetickými monopóly).
|
|
|
Magnetic spin ice states in artificial magnetic frustrated systems
Schánilec, Vojtěch ; Hrabec, Aleš (referee) ; Rougemaille, Nicolas (advisor)
Uměle vytvořené systémy spinového ledu jsou vhodným nástrojem pro zkoumání neobvyklých jevů, které se v přírodě dají jen těžko pozorovat. Speciálním případem umělého spinového ledu je kagome mřížka, která umožňuje zkoumat kolektivní chování spinů v látce. Tento systém má řadu předpovězených exotických magnetických fází, které zatím nebyly změřeny a prozkoumány v reálném prostoru. V rámci této práce se zabýváme úpravou kagome mřížky tak, aby mohla být využita ke zkoumání exotických stavů v reálném prostoru. Experimenty provedené na naší upravené mřížce ukazují, že jsme schopni detekovat nízko i vysoko energiové stavy, a tedy, že námi navržená úprava kagome mřížky je vhodná pro zkoumání exotických stavů v reálném prostoru.
|
guest ::
