|
|
Studium vortexových stavů v magnetostaticky svázaných magnetických nanodiscích
Vaňatka, Marek ; Hrabec, Aleš (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
Magnetické vortexy ve feromagnetických discích jsou charakterizovány pomocí smyslu stáčení magnetizace v rovině disku a pomocí směru vortexového jádra kolmého k rovině disku. Bylo představeno několik konceptů paměťových médií využívajících magnetické vortexy, a ty jsou proto v současné době intenzivně studovány. Tato práce se zabývá magnetostatickým propojením dvojic magnetických disků, konkrétně objasněním jejich vzájemného ovlivňování v průběhu nukleačního procesu. Nejprve bylo třeba studovat náhodnost jednotlivých disků, abychom zajistili, že nově znukleovaný stav je ovlivněn pouze blízkými magnetickými strukturami. Prověřili jsme naše litografické možnosti za účelem dosažení nejlepší možné geometrie. Dále představujeme koncept elektrického čtení směru spinové cirkulace s využitím jevu anizotropní magnetorezistence. Tato metoda umožňuje automatické měření, čímž bylo umožněno získání dostatečně velkého statistického souboru. Byly také provedeny výpočty křivek magnetorezistence, abychom byli předem schopni analyzovat chování naměřených dat. Nakonec jsme provedli komplementární měření pomocí mikroskopie magnetických sil.
|
|
|
Využití uměle vytvořeného slabého magnetického pole pro navigaci ve 3D prostoru
Váňa, Dominik ; Beneš, Petr (oponent) ; Havránek, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato diplomová práce je zaměřena na využití uměle vytvořeného slabého magnetického pole pro navigaci v 3D prostoru. Teoretická část textu pojednává o obecných vlastnostech magnetického pole a jeho popisu. V další pasáži teoretické části je rozebrán přehled měřicích principů magnetického pole. Na základě různých typů měřicích principů je v práci zpracován přehled komerčně dostupných miniaturních snímačů pro měření magnetického pole s rozsahem do 10 mT. Speciálně se práce zaměřuje na magnetorezistivní princip a fluxgate snímače. Dále teoretická část obsahuje popis metod pro modelování magnetického pole jednoduchých permanentních magnetů a různých sestav magnetů. V neposlední řadě je v teoretické části proveden patentový průzkum zařízení, která se používají pro lokalizaci magnetů, které jsou instalovány do nitrodřeňového hřebu, který se používá při intramedulární stabilizaci mnohačetných zlomenin lidských kostí. Lokalizací magnetu v hřebu je možné přesně určit polohu upevňovacích otvorů. Praktická část práce obsahuje analýzu chování magnetického pole v okolí různých magnetických sestav, které byly vymodelovány v programu COMSOL Multiphysics využívající metodu konečných prvků. Modely byly vytvořeny se snahou blíže analyzovat chování magnetického pole v okolí magnetů a zároveň nalézt možné analytické funkce, pomocí kterých by bylo možné určit polohu magnetu v prostoru vůči snímací sondě. Výsledkem práce je analýza různých sestav, která obsahuje grafy různých závislostí a předpis polynomiálních funkcí, které tyto závislosti aproximují. Další částí práce je návrh sondy, která slouží k lokalizaci magnetického cíle. V práci jsou popsány dvě možné metody lokalizace. Pro diferenční metodu je vytvořen obsluhující software v prostředí LabVIEW. Sonda založená na této metodě je plně schopna lokalizovat magnet ve 2D rovině. Metoda prohledávání stavového prostoru je popsána pouze teoreticky.
|
|
|
Static and dynamic properties of nanostructured magnetic materials
Vaňatka, Marek ; Wintz, Sebastian (oponent) ; Dijken, Sebastiaan van (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
During the last years, magnetic materials and nanostructures have been intensively studied for their applications in recording media and logic circuits. This work follows our ongoing research in this field and mainly focuses on the static and dynamic properties of nanostructured materials, e.g., NiFe, CoFeB, and YIG. The thesis starts with a theoretical introduction showing the basic description of micromagnetic systems, ferromagnetic resonance (FMR), and spin-waves, including the mathematical description of spin-wave dispersion relations. This is followed by the description of experimental methods. Then we present the first experimental part concerning the nucleation process of magnetic vortices, i.e., the transition from the saturated state into the vortex spin configuration while decreasing the magnetic field. Magnetic imaging methods are used, namely Lorentz transmission electron microscopy and magnetic transmission X-ray microscopy. The results are correlated with electrical detection using the anisotropic magnetoresistance effect. The advantage of electrical measurements is their potential integrability into the microprocessor circuitry. In the results, we report that this process in nanometer- and micrometer-sized magnetic disks undergoes several phases with distinct spin configurations called the nucleation states. Moreover, we introduce the analysis of magnetic materials using a vector network analyzer (VNA), which is applied to the measurement of magnetic vortex resonance (evaluation of the gyrotropic frequency and the high-frequency modes as well), the ferromagnetic resonance of thin layers (extraction of basic magnetic material parameters), and propagating spin-wave spectroscopy (PSWS). Spin-wave spectroscopy is further developed to measure the dispersion relations of thin magnetic layers, which can serve as an essential characteristic used in the design of devices. Finally, we show a concept of an antenna device, separating the magnetic excitation from the sample itself, providing no need for electron lithography processes of the antenna fabrication onto the sample. This device has the form of a glass cantilever, on which the excitation antenna is fabricated, a connector, and a coupler. It is then placed on a tilt equipped x-y-z stage, and therefore it provides positionability to any place on the measured sample. The use of glass as the cantilever material enables navigation using a microscope and enables the use of optical detection methods, e.g., Brillouin light scattering (BLS) or Kerr effect.
|
|
|
Magnetic vortex based memory device
Dhankhar, Meena ; Hrabec,, Aleš (oponent) ; Veis,, Martin (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
Magnetic vortices are characterized by the sense of in-plane magnetization circulation and the polarity of the vortex core, each having two possible states. As a result, there are four possible, stable magnetization configurations that can be utilized for a multibit memory device. This thesis presents the selective writing of vortex states by electric current pulses and electric readout of the vortex states in a magnetic disk. Prior to the electric measurements, static readout of vortex states is carried out by MFM, and then by MTXM, after applying different current pulses to switch the vortex states. Later, we added all-electric static and finally dynamic readout of the vortex state. Vortex circulation control is based on a geometrical asymmetry formed by cropping one side of the magnetic disk. The flat edge of the disk provides a preferential direction defining the sense of circulation during the nucleation process. Polarity control is generally achieved in a two-step process. Firstly, a homogeneously magnetized perpendicular magnetic anisotropy layer placed at the bottom of the disk imposes a defined vortex polarity upon nucleation of a vortex. Secondly, a fast-current pulse is used to toggle switch the vortex polarity, if needed. Hence, we are able to set the desired vortex state by sending a low amplitude nanosecond pulse that sets the circulation followed by a high amplitude picosecond pulse, which sets the polarity. The vortex states are then detected by electric spectroscopy via the anisotropic magnetoresistance effect. The samples for all the static and dynamic measurements are prepared by e-beam lithography and the lift-off technique.
|
|
|
Magnetické multivrstvy pro aplikace ve spintronice
Vaňatka, Marek ; Dvořák, Petr (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
Magnetické multivrstvy jsou využitelné jako senzory magnetického pole nebo jako paměťové buňky v záznamových médiích. Zvládnutí metod přípravy a charakterizace struktur jako spin valve nebo magnetický tunelový článek je důležitý krok pro výzkum složitějších spintronických zařízení. Práce shrnuje základní teorii magnetismu, magnetotransportních vlastností a popisuje základní aplikace magnetických multivrstev. V experimentální části práce je popsána příprava magnetických multivrstev metodou iontového naprašování (IBS) s možností depozice s asistujícím iontovým svazkem (IBAD) a dále charakterizace těchto vrstev pomocí měření jevů anizotropní magnetorezistence (AMR), obří magnetorezistence (GMR) a tunelové magnetorezistence (TMR).
|
|
|
Magnetic vortex based memory device
Dhankhar, Meena ; Hrabec,, Aleš (oponent) ; Veis,, Martin (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
Magnetic vortices are characterized by the sense of in-plane magnetization circulation and the polarity of the vortex core, each having two possible states. As a result, there are four possible, stable magnetization configurations that can be utilized for a multibit memory device. This thesis presents the selective writing of vortex states by electric current pulses and electric readout of the vortex states in a magnetic disk. Prior to the electric measurements, static readout of vortex states is carried out by MFM, and then by MTXM, after applying different current pulses to switch the vortex states. Later, we added all-electric static and finally dynamic readout of the vortex state. Vortex circulation control is based on a geometrical asymmetry formed by cropping one side of the magnetic disk. The flat edge of the disk provides a preferential direction defining the sense of circulation during the nucleation process. Polarity control is generally achieved in a two-step process. Firstly, a homogeneously magnetized perpendicular magnetic anisotropy layer placed at the bottom of the disk imposes a defined vortex polarity upon nucleation of a vortex. Secondly, a fast-current pulse is used to toggle switch the vortex polarity, if needed. Hence, we are able to set the desired vortex state by sending a low amplitude nanosecond pulse that sets the circulation followed by a high amplitude picosecond pulse, which sets the polarity. The vortex states are then detected by electric spectroscopy via the anisotropic magnetoresistance effect. The samples for all the static and dynamic measurements are prepared by e-beam lithography and the lift-off technique.
|
|
|
Static and dynamic properties of nanostructured magnetic materials
Vaňatka, Marek ; Wintz, Sebastian (oponent) ; Dijken, Sebastiaan van (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
During the last years, magnetic materials and nanostructures have been intensively studied for their applications in recording media and logic circuits. This work follows our ongoing research in this field and mainly focuses on the static and dynamic properties of nanostructured materials, e.g., NiFe, CoFeB, and YIG. The thesis starts with a theoretical introduction showing the basic description of micromagnetic systems, ferromagnetic resonance (FMR), and spin-waves, including the mathematical description of spin-wave dispersion relations. This is followed by the description of experimental methods. Then we present the first experimental part concerning the nucleation process of magnetic vortices, i.e., the transition from the saturated state into the vortex spin configuration while decreasing the magnetic field. Magnetic imaging methods are used, namely Lorentz transmission electron microscopy and magnetic transmission X-ray microscopy. The results are correlated with electrical detection using the anisotropic magnetoresistance effect. The advantage of electrical measurements is their potential integrability into the microprocessor circuitry. In the results, we report that this process in nanometer- and micrometer-sized magnetic disks undergoes several phases with distinct spin configurations called the nucleation states. Moreover, we introduce the analysis of magnetic materials using a vector network analyzer (VNA), which is applied to the measurement of magnetic vortex resonance (evaluation of the gyrotropic frequency and the high-frequency modes as well), the ferromagnetic resonance of thin layers (extraction of basic magnetic material parameters), and propagating spin-wave spectroscopy (PSWS). Spin-wave spectroscopy is further developed to measure the dispersion relations of thin magnetic layers, which can serve as an essential characteristic used in the design of devices. Finally, we show a concept of an antenna device, separating the magnetic excitation from the sample itself, providing no need for electron lithography processes of the antenna fabrication onto the sample. This device has the form of a glass cantilever, on which the excitation antenna is fabricated, a connector, and a coupler. It is then placed on a tilt equipped x-y-z stage, and therefore it provides positionability to any place on the measured sample. The use of glass as the cantilever material enables navigation using a microscope and enables the use of optical detection methods, e.g., Brillouin light scattering (BLS) or Kerr effect.
|
|
|
Thermo-transport effects in antiferromagnets
Baďura, Antonín ; Schmoranzerová, Eva (vedoucí práce) ; Martins Godinho, João Pedro (oponent)
Tato práce studuje magnetické vlastnosti antiferomagnetické sloučeniny Mn5Si3, která vykazuje jak kolineární, tak i nekolineární antiferomagnetické uspořádání. Mezi prezento- vané experimentální metody patří především měření magnetotransportních jevů (zejména anizotropní magnetorezistence a několika druhů Hallova jevu) a jejich termotransport- ních protějšků, jakým je například anomální Nernstův jev. Dále byla zkoumána doménová struktura Mn5Si3 za použití techniky skenování teplotním gradientem. Hlavním výsled- kem magnetotransportních měření je detekce hallovského signálu v kolineární antifero- magnetické fázi, který přisuzujeme nově popsanému krystalovému Hallovu jevu. Ter- motransportní experimenty pak přinesly vůbec první pozorování anomálního Nernstova jevu v tomto materiálu. Protože se vlivem silné parazitické odezvy nepodařilo doménovou strukturu Mn5Si3 uspokojivě zaznamenat, byl vytvořen matematický model, který možný původ tohoto signálu popisuje analyticky.
|
|
|
Využití uměle vytvořeného slabého magnetického pole pro navigaci ve 3D prostoru
Váňa, Dominik ; Beneš, Petr (oponent) ; Havránek, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato diplomová práce je zaměřena na využití uměle vytvořeného slabého magnetického pole pro navigaci v 3D prostoru. Teoretická část textu pojednává o obecných vlastnostech magnetického pole a jeho popisu. V další pasáži teoretické části je rozebrán přehled měřicích principů magnetického pole. Na základě různých typů měřicích principů je v práci zpracován přehled komerčně dostupných miniaturních snímačů pro měření magnetického pole s rozsahem do 10 mT. Speciálně se práce zaměřuje na magnetorezistivní princip a fluxgate snímače. Dále teoretická část obsahuje popis metod pro modelování magnetického pole jednoduchých permanentních magnetů a různých sestav magnetů. V neposlední řadě je v teoretické části proveden patentový průzkum zařízení, která se používají pro lokalizaci magnetů, které jsou instalovány do nitrodřeňového hřebu, který se používá při intramedulární stabilizaci mnohačetných zlomenin lidských kostí. Lokalizací magnetu v hřebu je možné přesně určit polohu upevňovacích otvorů. Praktická část práce obsahuje analýzu chování magnetického pole v okolí různých magnetických sestav, které byly vymodelovány v programu COMSOL Multiphysics využívající metodu konečných prvků. Modely byly vytvořeny se snahou blíže analyzovat chování magnetického pole v okolí magnetů a zároveň nalézt možné analytické funkce, pomocí kterých by bylo možné určit polohu magnetu v prostoru vůči snímací sondě. Výsledkem práce je analýza různých sestav, která obsahuje grafy různých závislostí a předpis polynomiálních funkcí, které tyto závislosti aproximují. Další částí práce je návrh sondy, která slouží k lokalizaci magnetického cíle. V práci jsou popsány dvě možné metody lokalizace. Pro diferenční metodu je vytvořen obsluhující software v prostředí LabVIEW. Sonda založená na této metodě je plně schopna lokalizovat magnet ve 2D rovině. Metoda prohledávání stavového prostoru je popsána pouze teoreticky.
|
|
|
Studium vortexových stavů v magnetostaticky svázaných magnetických nanodiscích
Vaňatka, Marek ; Hrabec, Aleš (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
Magnetické vortexy ve feromagnetických discích jsou charakterizovány pomocí smyslu stáčení magnetizace v rovině disku a pomocí směru vortexového jádra kolmého k rovině disku. Bylo představeno několik konceptů paměťových médií využívajících magnetické vortexy, a ty jsou proto v současné době intenzivně studovány. Tato práce se zabývá magnetostatickým propojením dvojic magnetických disků, konkrétně objasněním jejich vzájemného ovlivňování v průběhu nukleačního procesu. Nejprve bylo třeba studovat náhodnost jednotlivých disků, abychom zajistili, že nově znukleovaný stav je ovlivněn pouze blízkými magnetickými strukturami. Prověřili jsme naše litografické možnosti za účelem dosažení nejlepší možné geometrie. Dále představujeme koncept elektrického čtení směru spinové cirkulace s využitím jevu anizotropní magnetorezistence. Tato metoda umožňuje automatické měření, čímž bylo umožněno získání dostatečně velkého statistického souboru. Byly také provedeny výpočty křivek magnetorezistence, abychom byli předem schopni analyzovat chování naměřených dat. Nakonec jsme provedli komplementární měření pomocí mikroskopie magnetických sil.
|
host ::
RSS.