Master's Thesis

Spin wave excitation and propagation in magnonic crystals prepared by focused ion beam direct writing

Final Thesis 9.83 MB

Author of thesis: Ing. Viola Křižáková

Acad. year: 2017/2018

Supervisor: Ing. Michal Urbánek, Ph.D.

Reviewer: Mgr. Kamil Olejník, Ph.D.

Abstract:

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.

Keywords:

magnonics, spin wave excitation and detection, ferromagnetic resonance, propagating spin-wave spectroscopy, metastable thin films, magnetic phase transformation

Date of defence

18.06.2018

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Jak fyzikálně funguje buzení spinových vln pomocí vlnovodů? Mohla byste prosím podat podrobnější výklad k obrázkům uvedeným na straně 27? Jaká je hloubka pronikání elektronů při použití metody LEED?

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (M2A-P)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (M-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Michal Urbánek, Ph.D.

Viola Křižáková se ve své diplomové práci věnuje přípravě a analýze vzorků pro zápis magnetických nanostruktur fokusovaným iontovým svazkem. Práce popisuje kompletní experiment, od přípravy vrstev v ultravysokém vakuu, přes litografickou přípravu potřebných nanostruktur až po realizaci experimentů elektrické spektroskopie spinových vln.
Během práce na diplomovém projektu prokázala Viola Křižáková mimořádnou pracovitost, vytrvalost, samostatnost, schopnost interpretace výsledků a rovněž pečlivost a smysl pro detail při psaní práce samotné. Část dosažených výsledků již byla publikována v prestižním mezinárodním časopise a vzhledem k obrovskému množství naměřených dat lze očekávat minimálně jednu další publikaci, která vznikne na základě této diplomové práce.
Bez nejmenších pochybností hodnotím tuto práci stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A
Display more

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Mgr. Kamil Olejník, Ph.D.

Práce pojednává o přípravě a studiu magnonických krystalů. Práci lze rozdělit do tří hlavních podtémat: 1) epitaxní příprava FeNi na na různých substrátech, 2) transformace metastabilních vrstev pomocí svazku iontů, 3) měření magnetických rezonancí pomocí nově vyvíjeného vysokofrekvenčního experimentu. Všechny tři oblasti jsou v práci pojednány do značné hloubky a obsahují originální výsledky. Šíří záběru se tím práce blíží spíše práci dizertační. Práce je velmi přehledně členěna, grafické zpracování je výborné a úroveň anglického jazyka, ve kterém je sepsána, je velice vysoká.
Práci lze bez vání doporučit k obhajobě s nejlepším hodnocením.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Je transformace pomocí iontového svazku použitelná v průmyslovém měřítku? Bylo by možné pro transformaci použít místo iontů jiný nástroj, například lokální zahřátí laserovým svazkem?
  2. Metastabilní vrstvy připravené za různých podmínek vyžadují různé dávky iontů pro transformaci do BCC fáze. Dávka iontů potřebná k transformaci se tedy jeví jako určitá míra stability metastabilní FCC fáze, bylo by možné dávku použít jako vodítko pro hledání optimálních podmínek pro růst metastabilní FCC fáze?
Display more

Grade proposed by reviewer: A