Master's Thesis

Magnetotransport properties of FeRh nanowires

Final Thesis 9.58 MB

Author of thesis: Ing. Kateřina Fabianová

Acad. year: 2017/2018

Supervisor: Ing. Vojtěch Uhlíř, Ph.D.

Reviewer: doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D.

Abstract:

Iron-rhodium (FeRh) is a material undergoing a first order magnetic phase transition from antiferromagnetic (AF) to ferromagnetic (FM) phase which occurs when the material is heated above the transition temperature or by applying a sufficiently large magnetic field. This phase transition is accompanied by a significant change in entropy, magnetization and electric resistivity while the transition temperature is strongly dependent on the crystal stoichiometry, elemental substitution, pressure and in case of thin layers on the strain induced by the substrate.
This work is focused on the study of magnetotransport properties of wires patterned from FeRh thin layers grown on substrates inducing different strain in the layer. One of the main effects studied in this work is the anisotropic magnetoresistance (AMR) demonstrated by a change of the resistance for different orientations of the magnetic moments in the material with respect to the electric current direction. The AMR was studied both in the FM and AF phase of FeRh. The AMR of the FM phase in the high temperature phase was measured and an unexpected behavior of the AMR of the residual FM phase of FeRh in the low temperature phase was discovered. A strong dependence of the AMR on the orientation of the measured segment with respect to the crystallographic directions of FeRh was explored.

Keywords:

iron-rhodium, phase transition, antiferromagnet, ferromagnet, transport measurement, anisotropic magnetoresistance

Date of defence

18.06.2018

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Je vrstva FeRh skutečně monokrystal? Jak byste se o tom přesvědčila? Jak se dá zbavit zbytkové feromagnetické fáze na rozhraní substrátu a FeRh? Jakou tloušťku mají vámi připravené monokrystaly? Proč definujete AMR pomocí kvadrátu funkce cosinus a ne součtem funkcí kosinus a sinus?

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. Vojtěch Uhlíř, Ph.D.

Kateřina Fabianová se ve své diplomové práci věnovala zkoumání elektrických transportních vlastností epitaxních vrstev FeRh pomocí měření anizotropní magnetorezistance (AMR) mikrostruktur z nich připravených. V rámci řešení projektu postupně provedla depozice epitaxních vrstev, UV litografii mikrostruktur, navrhla protokoly měření AMR a zpracování dat. Výborně zpracovala syntézu možných vysvětlení naměřených jevů, i když vzhledem ke krátké době řešení projektu nebylo možné klíčové hypotézy ověřit. Chtěl bych vyzdvihnout její schopnost týmové spolupráce a manažerských dovedností, díky nimž zkoordinovala příspěvky členů týmu jednak v návrhu a sestavení aparatury pro měření elektrického transportu rotujícího vzorku v magnetickém poli a také v přípravě masky pro UV litografii mikrostruktur. Celkově hodnotím práci jako výbornou – A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
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 B
Display more

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D.

Předkládaná diplomová práce se zabývá anizotropními vlastnostmi transportu v nanodrátech FeRh. V prvních kapitolách autorka čtivě a poměrně detailně uvádí čtenáře do problematiky magnetických materiálů obecně a zvláště pak do fyzikálních vlastností slitiny FeRh, která vykazuje přechod mezi feromagnetickou a antiferomagnetickou fází okolo 380 K. Uvádí přehled výsledků publikovaných v současné literatuře.
Samotný obsah práce začíná v kapitole 3., kde je popsáno pěstování vrstev FeRh magnetonovým naprašováním a jejich strukturování do nanodrátů pomocí UV litografie. Vzorky jsou pak analyzovány v kapitole 4. jednak pomocí vibrační magnetometrie, avšak hlavní tělo práce je v měření anizotropní magnetorezistence. Pro tyto měření byla zkonstruována aparatura umožňující rotaci vzorku vzhledem k vnějšímu magnetickému poli a umožňující měření v  teplotním rozsahu 300-410 K. Autorka detailně proměřila anizotropii magnetorezistence u vzorků nanodrátů v několika krystalografických směrech. Zde se ukázalo největší překvapení a patrně největší vědecký přínos práce, že směr osy magnetorezistence antiferomagnetické fáze se značně otáčí oproti směru ve feromagnetické fázi, pokud jsou nanodráty orientovány ve směrech [110] a [110].
Celkový dojem z práce je velmi dobrý. Práce je psaná velmi dobrou angličtinou a s nadhledem nad standard diplomových prací uvádí čtenáře do poměrně komplexní problematiky magnetických vlastností materiálů obecně i vlastností slitin FeRh konkrétně. Práce má velmi dobrou grafickou úroveň a je přehledně členěná do úvodních kapitol, částí uvádějících výsledky práce, analýzu výsledků a závěr. Hodnotím šíři autorčina záběru, kdy byla schopna zvládnout depoziční metody jako magnetonové naprašování, UV litografii, vytvořila nové experimentální uspořádání na měření anizotropní magnetoresistivity a naměřila značnou sadu experimentálních výsledků, které jsou na publikovatelné úrovni. Vzhledem k tomuto neváhám hodnotit práci výborně – 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 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. - Při magnetronovém naprašování byly vrstvy pěstovány na teplotě 450 °C a po té žíhány na vyšší teplotě 750 °C. Zajímalo by mě, zda by nebylo možné či dokonce lepší růst vrstvy přímo na teplotě 750 °C, kde se dá čekat větší kinetika deponovaného materiálů a tedy lepší krystalinita vrstvy.
  2. - Zjištění, že k reorientaci osy magnetorezistivity při přechodu do antiferomagnetické fáze dochází ve směrech s vyššími indexy [110] a [110], kdežto k ní nedochází ve směru [010] naznačuje, že na pozadí tohoto jevu je symetrie. Prosím diskutujte hlavní příčiny, které mohou vézt k tomuto efektu.
Display more

Grade proposed by reviewer: A