|
Spin vortex states in magnetostaticaly coupled magnetic nanodisks
Vaňatka, Marek ; Hrabec, Aleš (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
Magnetic vortices in ferromagnetic disks are curling magnetization structures characterized by the sense of the spin circulation in the plane of the disk and by the direction of the magnetization in the vortex core. Concepts of memory devices using the magnetic vortices as multibit memory cells have been presented, which brought the high demand for their research in many physical aspects. This work investigates the magnetostatic coupling in pairs of ferromagnetic disks to clarify the influence of nearby disks or other magnetic structures to the vortex nucleation mechanism. To ensure that the vortex nucleation is influenced only by the neighbouring magnetic structures, the randomness of the nucleation process was studied in single disks prior to the work on pairs of disks. We had to ensure that the vortex nucleation is influenced only by the neighbouring magnetic structures and not by an unwanted geometrical asymmetry in the studied disk. Lithographic capabilities were inspected in order to achieve the best possible geometry. Further we present a concept of electrical readout of the spin circulation using the anisotropic magnetoresistance, which allows automated measurements to provide sufficient statistics. To explain the magnetoresistance behaviour, numerical calculations together with magnetic force microscopy measurements are presented.
|
|
Switching vortex chirality in magnetostatically coupled permalloy nanodisks
Balajka, Jan ; Nebojsa, Alois (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
The diploma thesis is concerned with switching of vortex circulation in magnetic nanodisks. The results of micromagnetic simulations of hysteresis loops of individual disks with different degrees of asymmetry are presented. The influence of geometric asymmetry of the disk on the shape of the hysteresis loop is discussed as well as switching of vortex circulation in asymmetric nanodisks by external in-plane magnetic field. Simulations of pairs of magnetostatically coupled nanodisks were carried out for different interdisk distances and degrees of asymmetry. By analysing the results of the simulations, the effects of magnetostatic coupling and the asymmetry on resultant circulation of individual vortices were compared and the range of magnetostatic interaction between nanodisks of given dimensions and asymmetry was estimated. Experimental techniques used for fabrication and measurement of the samples are briefly summarized.
|
|
Magnetic vortex based memory device
Dhankhar, Meena ; Hrabec,, Aleš (referee) ; Veis,, Martin (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
Magnetické vortexy jsou charakterizovány směrem stáčení magnetizace a polarizací vortexového jádra, přičemž každá z těchto veličin nabývá dvojice stavů. Ve výsledku jsou tak k dispozici čtyři možné stabilní konfigurace, čehož může být využito v multibitových paměťových zařízeních. Tato dizertační práce se zabývá selektivním zápisem stavů magnetického vortexu v magnetickém disku pulzem elektrického proudu stejně jako jejich následným elektrickým čtením. Před samotnou realizací elektrických měření byla provedena statická měření přepínání stavů vortexu pomocí různých proudových pulzů v kombinaci s technikami MFM a následně MTXM. Následně byl realizován dynamický odečet stavu vortexu kompletně založený na elektrických měřeních. Ovládání cirkulace vortexu je založeno na geometrické asymetrii vytvořené oříznutím magnetického disku a vytvořením fazety. Plochý okraj disku definuje preferenční smysl stáčení cirkulace během procesu nukleace vortexu. Řízení polarity se obvykle provádí ve dvou krocích. V prvním kroku, homogenně magnetizovaná vrstva s kolmou magnetickou anizotropií umístěná na dně disku definuje výchozí polaritu vortexu v době nukleace. V druhém kroku, je-li to nutné, je polarita vortexu přepnuta pomocí rychlého proudového pulzu. Proto je možné nastavit požadovaný stav cirkulace vysláním nanosekundového pulsu s nízkou amplitudou, následované nastavením polarity pikosekundovým pulsem s vysokou amplitudou. Stavy vortexů jsou pak detekovány elektrickou spektroskopií prostřednictvím anizotropní magnetorezistence. Vzorky pro všechna statická a dynamická měření byly připraveny pomocí elektronové litografie v kombinaci s lift-off procesem.
|
|
Switching of spin vortices in magnetic nanodiscs
Hladík, Lukáš ; Pekárková, Jana (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
The diploma thesis deals with the switching of spin vortices in magnetic nanodisks. First, the basic concepts of (micro)magnetism are defined and existing theoretical and experimental achievements in the field of switching of the two basic characteristics (chirality and polarity) of magnetic vortex are summarized. Then the principle of dynamic switching of magnetic vortex chirality using in-plane magnetic field pulse with a well defined amplitude and duration is presented. There is no need to use a certain shape of nanodisks or asymmetry in magnetic field distribution. Nanostructures were prepared by the multi-step electron beam lithography and ion beam sputtering. Individual steps of sample preparation and optimization for the magnetization dynamics measurements are described. Finally, the experimental measurements of the dynamic switching of chirality on prepared samples obtained by transmission x-ray microscopy at the synchrotron Advanced Light Source at Berkeley, USA are presented and discussed.
|
|
Magnetic vortex based memory device
Dhankhar, Meena ; Hrabec,, Aleš (referee) ; Veis,, Martin (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
Magnetické vortexy jsou charakterizovány směrem stáčení magnetizace a polarizací vortexového jádra, přičemž každá z těchto veličin nabývá dvojice stavů. Ve výsledku jsou tak k dispozici čtyři možné stabilní konfigurace, čehož může být využito v multibitových paměťových zařízeních. Tato dizertační práce se zabývá selektivním zápisem stavů magnetického vortexu v magnetickém disku pulzem elektrického proudu stejně jako jejich následným elektrickým čtením. Před samotnou realizací elektrických měření byla provedena statická měření přepínání stavů vortexu pomocí různých proudových pulzů v kombinaci s technikami MFM a následně MTXM. Následně byl realizován dynamický odečet stavu vortexu kompletně založený na elektrických měřeních. Ovládání cirkulace vortexu je založeno na geometrické asymetrii vytvořené oříznutím magnetického disku a vytvořením fazety. Plochý okraj disku definuje preferenční smysl stáčení cirkulace během procesu nukleace vortexu. Řízení polarity se obvykle provádí ve dvou krocích. V prvním kroku, homogenně magnetizovaná vrstva s kolmou magnetickou anizotropií umístěná na dně disku definuje výchozí polaritu vortexu v době nukleace. V druhém kroku, je-li to nutné, je polarita vortexu přepnuta pomocí rychlého proudového pulzu. Proto je možné nastavit požadovaný stav cirkulace vysláním nanosekundového pulsu s nízkou amplitudou, následované nastavením polarity pikosekundovým pulsem s vysokou amplitudou. Stavy vortexů jsou pak detekovány elektrickou spektroskopií prostřednictvím anizotropní magnetorezistence. Vzorky pro všechna statická a dynamická měření byly připraveny pomocí elektronové litografie v kombinaci s lift-off procesem.
|
|
Spin vortex states in magnetostaticaly coupled magnetic nanodisks
Vaňatka, Marek ; Hrabec, Aleš (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
Magnetic vortices in ferromagnetic disks are curling magnetization structures characterized by the sense of the spin circulation in the plane of the disk and by the direction of the magnetization in the vortex core. Concepts of memory devices using the magnetic vortices as multibit memory cells have been presented, which brought the high demand for their research in many physical aspects. This work investigates the magnetostatic coupling in pairs of ferromagnetic disks to clarify the influence of nearby disks or other magnetic structures to the vortex nucleation mechanism. To ensure that the vortex nucleation is influenced only by the neighbouring magnetic structures, the randomness of the nucleation process was studied in single disks prior to the work on pairs of disks. We had to ensure that the vortex nucleation is influenced only by the neighbouring magnetic structures and not by an unwanted geometrical asymmetry in the studied disk. Lithographic capabilities were inspected in order to achieve the best possible geometry. Further we present a concept of electrical readout of the spin circulation using the anisotropic magnetoresistance, which allows automated measurements to provide sufficient statistics. To explain the magnetoresistance behaviour, numerical calculations together with magnetic force microscopy measurements are presented.
|
|
Switching vortex chirality in magnetostatically coupled permalloy nanodisks
Balajka, Jan ; Nebojsa, Alois (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
The diploma thesis is concerned with switching of vortex circulation in magnetic nanodisks. The results of micromagnetic simulations of hysteresis loops of individual disks with different degrees of asymmetry are presented. The influence of geometric asymmetry of the disk on the shape of the hysteresis loop is discussed as well as switching of vortex circulation in asymmetric nanodisks by external in-plane magnetic field. Simulations of pairs of magnetostatically coupled nanodisks were carried out for different interdisk distances and degrees of asymmetry. By analysing the results of the simulations, the effects of magnetostatic coupling and the asymmetry on resultant circulation of individual vortices were compared and the range of magnetostatic interaction between nanodisks of given dimensions and asymmetry was estimated. Experimental techniques used for fabrication and measurement of the samples are briefly summarized.
|
|
Switching of spin vortices in magnetic nanodiscs
Hladík, Lukáš ; Pekárková, Jana (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
The diploma thesis deals with the switching of spin vortices in magnetic nanodisks. First, the basic concepts of (micro)magnetism are defined and existing theoretical and experimental achievements in the field of switching of the two basic characteristics (chirality and polarity) of magnetic vortex are summarized. Then the principle of dynamic switching of magnetic vortex chirality using in-plane magnetic field pulse with a well defined amplitude and duration is presented. There is no need to use a certain shape of nanodisks or asymmetry in magnetic field distribution. Nanostructures were prepared by the multi-step electron beam lithography and ion beam sputtering. Individual steps of sample preparation and optimization for the magnetization dynamics measurements are described. Finally, the experimental measurements of the dynamic switching of chirality on prepared samples obtained by transmission x-ray microscopy at the synchrotron Advanced Light Source at Berkeley, USA are presented and discussed.
|