|
|
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.
|
|
|
Static and dynamic properties of nanostructured magnetic materials
Vaňatka, Marek ; Wintz, Sebastian (referee) ; Dijken, Sebastiaan van (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
Magnetické materiály a z nich vyrobené nanostruktury jsou v průběhu posledních let studovány pro jejich aplikace v např. záznamových médiích a logických obvodech. Tato práce navazuje na náš předchozí výzkum tohoto oboru s hlavním zaměřením na statické a dynamické vlastnosti nanostrukturovaných magnetických materiálů, jako například NiFe, CoFeB a YIG. Práce začíná teoretickým úvodem s popisem mikromagnetických systémů, dynamiky magnetických vortexů, feromagnetické rezonance (FMR) a spinových vln včetně jejich disperzních vlastností. Následuje popis použitých experimentálních metod a první experimentální část zabývající se nukleačním procesem magnetického vortexu, jinými slovy procesem transformace ze saturovaného stavu do spinové konfigurace magnetického vortexu v průběhu snižování magnetického pole. Jsou použity mikroskopické metody zobrazující magnetickou strukturu materiálu, jmenovitě Lorentzova transmisní elektronová mikroskopie a rentgenová transmisní mikroskopie. Výsledky jsou poté korelovány s měřením elektrické odezvy pomocí jevu anizotropní magnetorezistence. Výhodou elektrických měření je, že plně elektrická detekce dovoluje použití tohoto systému v uzavřených systémech integrovaných obvodů. Výsledky oblasti nukleací magnetických vortexů ukazují, že při tomto procesu prochází magnetizace v nano- a mikrometrových magnetických discích několika fázemi s růsnými typy spinových konfigurací nazvaných nukleační stavy. Dále je představeno měření magnetických materiálů pomocí vektorového síťového analyzátoru (VNA), což je aplikováno na měření resonance magnetických vortexů (určení gyrotropické frekvence a měření vysokofrekvenčních módů), feromagnetické rezonance tenkých vrstev (získání základních magnetických materiálových parametrů) a spektroskopii spinových vln. Právě spektroskopie spinových vlna je rozvinuta za účelem měření disperzních relací tenkých magnetických vrstev, což je základní charakteristika, jejíž znalost je důležitá v návrhu aplikací. Nakonec je představeno anténní zařízení, díky kterému lze oddělit magnetické buzení od vzorku samotného bez nutnosti absolvovat proces elektronové litorafie, což je zapotřebí v klasickém přístupu antény na vzorku a kontaktování vysokofrekvenční sondou. Toto zařízení se skládá ze skleněného kantilívru, na kterém je vyrobena budící anténa, konektoru a spojovacího prvku v podobě plošného spoje. Celé zařízení je díky umístění na x-y-z stolek s náklonem pozicovatelné a lze tedy měřit v jakémkoliv místě vzorku. Umístění antény na sklo umožňuje navigaci pomocí mikroskopu a optické měření, např. metodou Brillouinova světelného rozptylu (BLS) nebo Kerrova jevu.
|
|
|
Transport properties of one dimensional magnetic nanostructures
Holobrádek, Jakub ; Liška, Jiří (referee) ; Vaňatka, Marek (advisor)
Magnetic nanowires have been recently under the scope for their specic properties and applications in microelectronics and sensors. This work deals with measurement of transport properties of nanowires in magnetic field. Nanowires prepared in the range of the thesis were grown by the physical vapor deposition method in colaboration with the University of Technology Sydney. The main task of the thesis was to develop a process of contacting single nanowires by electron beam lithography and measuring them using anisotropic magnetoresistance in angle dependent magnetic field. Characterization techniques such as transmission electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy and magnetic force microscopy were used to provide further analysis.
|
|
|
Deposition of low-damping metamagnetic thin films
Hnilica, Ján ; Vaňatka, Marek (referee) ; Uhlíř, Vojtěch (advisor)
Properties of magnetic damping in the FeRh alloy are determined by stoichimetric ratio of individual components of the alloy, by the number of structural defects, and rate of epitaxy of thin films deposited on MgO(001) substrates. This thesis describes the mechanism of each contribution to magnetic damping and clarifies the influence of stoichimetric ratio, structural defects, and epitaxy on the resulting magnetic damping. FeRh thin films were deposited using magnetron sputtering and characterized via vibrating sample magnetometry. Magnetic damping was evaluated using broadband ferromagnetic resonance. The magnetic damping significantly increases with increasing amount of Rh atoms in the alloy, decreasing rate of epitaxy, and increasing number of structural defects.
|
|
|
Magnetic force microscopy and transport properties of metamagnetic nanostructures
Jaskowiec, Jiří ; Vaňatka, Marek (referee) ; Uhlíř, Vojtěch (advisor)
Iron-rhodium (FeRh) is a material featuring a first-order phase transition between antiferomagnetic (AF) and feromagnetic (FM) phases. The phase transition is symmetric with respect to the direction of transition in bulk FeRh and FeRh thin films. The bachelor thesis focuses on the properties of mesostructures of sub-micron size, where asymmetry between the AF-FM and FM-AF transitions has been recently discovered using electrical transport measurements dependent on temperature. The phase domain structure of FeRh mesostructures during the phase transition is visualized by magnetic force microscopy (MFM) in an out-of-plane magnetic field. Quantitative analysis of the measured magnetic signal reveals the effect of structure size on supercooling of the FM phase and abrupt increase of the AF phase during the FM-AF transition.
|
|
|
Design of the device for magnetodynamic characterization of magnetic materials and nanostructures
Roučka, Václav ; Vaňatka, Marek (referee) ; Turčan, Igor (advisor)
Further development of magnonics, the field of study dealing with the phenomenon of spin waves, is connected to the research of novel materials and structures with useful magnetodynamic properties. One of the possible experimental techniques used to quantify these properties is the measurement of ferromagnetic resonance using vector network analyzer. This experimental technique is being dealt with in the presented bachelor thesis. At the beginning we shortly introduce the theoretical foundations of magnetization dynamics and the propagation of electromagnetic waves in microwave circuits. Then we describe the individual devices of the experimental apparatus and its overall design. Function of the device is demonstrated on a measurement of ferromagnetic resonance of a permalloy sample. Acquired data is processed using the methods mentioned in this thesis and at the end we present the resulting magnetodynamic properties of permalloy.
|
|
|
Magnetic multilayers for spintronics applications
Vaňatka, Marek ; Dvořák, Petr (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
Magnetic multilayers have applications as magnetic field sensors or magnetic memory cells. Mastering the methods of fabrication and characterization of the structures such as spin valve or magnetic tunnel junction is an important step towards more complicated spintronics devices. This work summarizes basic theory of magnetism, magnetotransport properties, and it describes basic applications of magnetic multilayers. The experimental part of this work deals with the sample preparation by ion beam sputtering (IBS), ion beam assisted deposition (IBAD), and characterization of prepared multilayers by measuring anisotropic magnetoresistance (AMR), giant magnetoresistance (GMR), or tunnel magnetoresistance (TMR).
|
|
|
Deposition of low-damping metamagnetic thin films
Hnilica, Ján ; Vaňatka, Marek (referee) ; Uhlíř, Vojtěch (advisor)
Properties of magnetic damping in the FeRh alloy are determined by stoichimetric ratio of individual components of the alloy, by the number of structural defects, and rate of epitaxy of thin films deposited on MgO(001) substrates. This thesis describes the mechanism of each contribution to magnetic damping and clarifies the influence of stoichimetric ratio, structural defects, and epitaxy on the resulting magnetic damping. FeRh thin films were deposited using magnetron sputtering and characterized via vibrating sample magnetometry. Magnetic damping was evaluated using broadband ferromagnetic resonance. The magnetic damping significantly increases with increasing amount of Rh atoms in the alloy, decreasing rate of epitaxy, and increasing number of structural defects.
|
|
|
Static and dynamic properties of nanostructured magnetic materials
Vaňatka, Marek ; Wintz, Sebastian (referee) ; Dijken, Sebastiaan van (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
Magnetické materiály a z nich vyrobené nanostruktury jsou v průběhu posledních let studovány pro jejich aplikace v např. záznamových médiích a logických obvodech. Tato práce navazuje na náš předchozí výzkum tohoto oboru s hlavním zaměřením na statické a dynamické vlastnosti nanostrukturovaných magnetických materiálů, jako například NiFe, CoFeB a YIG. Práce začíná teoretickým úvodem s popisem mikromagnetických systémů, dynamiky magnetických vortexů, feromagnetické rezonance (FMR) a spinových vln včetně jejich disperzních vlastností. Následuje popis použitých experimentálních metod a první experimentální část zabývající se nukleačním procesem magnetického vortexu, jinými slovy procesem transformace ze saturovaného stavu do spinové konfigurace magnetického vortexu v průběhu snižování magnetického pole. Jsou použity mikroskopické metody zobrazující magnetickou strukturu materiálu, jmenovitě Lorentzova transmisní elektronová mikroskopie a rentgenová transmisní mikroskopie. Výsledky jsou poté korelovány s měřením elektrické odezvy pomocí jevu anizotropní magnetorezistence. Výhodou elektrických měření je, že plně elektrická detekce dovoluje použití tohoto systému v uzavřených systémech integrovaných obvodů. Výsledky oblasti nukleací magnetických vortexů ukazují, že při tomto procesu prochází magnetizace v nano- a mikrometrových magnetických discích několika fázemi s růsnými typy spinových konfigurací nazvaných nukleační stavy. Dále je představeno měření magnetických materiálů pomocí vektorového síťového analyzátoru (VNA), což je aplikováno na měření resonance magnetických vortexů (určení gyrotropické frekvence a měření vysokofrekvenčních módů), feromagnetické rezonance tenkých vrstev (získání základních magnetických materiálových parametrů) a spektroskopii spinových vln. Právě spektroskopie spinových vlna je rozvinuta za účelem měření disperzních relací tenkých magnetických vrstev, což je základní charakteristika, jejíž znalost je důležitá v návrhu aplikací. Nakonec je představeno anténní zařízení, díky kterému lze oddělit magnetické buzení od vzorku samotného bez nutnosti absolvovat proces elektronové litorafie, což je zapotřebí v klasickém přístupu antény na vzorku a kontaktování vysokofrekvenční sondou. Toto zařízení se skládá ze skleněného kantilívru, na kterém je vyrobena budící anténa, konektoru a spojovacího prvku v podobě plošného spoje. Celé zařízení je díky umístění na x-y-z stolek s náklonem pozicovatelné a lze tedy měřit v jakémkoliv místě vzorku. Umístění antény na sklo umožňuje navigaci pomocí mikroskopu a optické měření, např. metodou Brillouinova světelného rozptylu (BLS) nebo Kerrova jevu.
|
|
|
Design of the device for magnetodynamic characterization of magnetic materials and nanostructures
Roučka, Václav ; Vaňatka, Marek (referee) ; Turčan, Igor (advisor)
Further development of magnonics, the field of study dealing with the phenomenon of spin waves, is connected to the research of novel materials and structures with useful magnetodynamic properties. One of the possible experimental techniques used to quantify these properties is the measurement of ferromagnetic resonance using vector network analyzer. This experimental technique is being dealt with in the presented bachelor thesis. At the beginning we shortly introduce the theoretical foundations of magnetization dynamics and the propagation of electromagnetic waves in microwave circuits. Then we describe the individual devices of the experimental apparatus and its overall design. Function of the device is demonstrated on a measurement of ferromagnetic resonance of a permalloy sample. Acquired data is processed using the methods mentioned in this thesis and at the end we present the resulting magnetodynamic properties of permalloy.
|
guest ::
