Bachelor's Thesis

Effect of ion beam irradiation and annealing on magnetic properties of FeRh nanostructures

Final Thesis 8.15 MB

Author of thesis: Ing. Oleksii Zadorozhnii

Acad. year: 2018/2019

Supervisor: Dr. Ing. Michal Staňo

Reviewer: Ing. Igor Turčan, Ph.D.

Abstract:

The first order phase transition from antiferromagnetic to ferromagnetic state in Fe50Rh50 at 370 K make it a suitable material for next generation spin electronic devices with a low power consumption.

This work deals with the ways how the phase transition temperature of iron-rhodium (FeRh) can be tuned locally in thin films, using focused ion beam (FIB) and thermal annealing. FIB irradiation approach was chosen due to the fact that FeRh displays magnetic sensitivity to the degree of its chemical ordering, which is characteristic to all alloys of ferromagnetic and non-ferromagnetic metals. Thermal annealing enables the relaxation of the structure and restoration of its crystallinity. The magnetic patterns were manufactured using gallium-based FIB and annealed under ultra high vacuum. The topography as well as magnetic behaviour of these ion irradiated patterns were investigated using atomic and magnetic force microscopies at different temperatures, showing a clear dependence between ion irradiation dose and the magnetic response in pre- and post-annealed states.

Keywords:

FeRh, iron-rhodium alloy, thin film, ion irradiation, annealing, focused ion beam, magnetic force microscopy, phase transition

Date of defence

21.06.2019

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Vliv iontů galia na měření.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Engineering (B3S-P)

Field of study

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-STI)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Dr. Ing. Michal Staňo

Pan Zadorozhnii neměl jednoduchou startovní pozici, jelikož studuje obecné strojírenství, nikoliv fyzikální inženýrství. Na druhou stranu se mu však dostalo mnohem větší podpory a pomoci než mnohým jeho kolegům. Do tématu ozařování tenkých vrstev pomocí iontů pronikl celkem rychle, vykazoval velký zájem nejen o dané téma, ale i další fyzikální problémy. Přes určité potíže se nakonec také popasoval i s experimenty. Krátce se věnoval i simulacím interakce iontů s FeRh vrstvou v prostředí SRIM/TRIM, avšak tuto část ve své práci nezmiňuje.

Co se týče splnění vytyčených cílů, experimentální část mohla být o něco rozsáhlejší a zahrnovat měření za vyšších teplot (100°C). S ohledem na dostupnost vhodných vzorků a přístrojů (včetně technických potíží s fokusovaným iontovým svazkem), je však rozsah přijatelný. Bohužel v případě prvního cíle, literární rešerše na téma ozařování FeRh vrstev pomocí iontů (a případného vlivu žíhání), nelze najít podobné polehčující okolnosti. Tato část je sice v práci sepsána relativně dobře, ale v případě ozařování čerpá pouze ze zdrojů (článků) uvedených v zadání práce, respektive dalšího článku dodaného vedoucím. Předložená práce tedy neobsahuje novější práce od stejné výzkumné skupiny, které se také zabývají lokálním ozařováním pomocí Ga fokusovaného svazku, ani současné práce pojednávající o ozařování podobných materiálů… 

Přes opakovaná doporučení začal pan Zadorozhnii sepisovat svou práci pozdě a postupoval laxně. Nedbalost se projevovala nejen při psaní, ale v některých případech i při experimentech. Text práce vyžadoval nemalé množství korekcí a některé i opakovaně opravované chyby a nedostatky se bohužel vyskytují i v závěrečné verzi práce. Část připomínek a doporučení nebyla v práci zohledněna.

Práci, byť s výhradami, doporučuji k obhajobě a navrhuji známku D.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis E
Práce s literaturou včetně citací D
Samostatnost studenta při zpracování tématu D
Display more

Grade proposed by supervisor: D

Reviewer’s report
Ing. Igor Turčan, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá vlivem ozařování iontovým svazkem a žíhání na magnetické vlastnosti FeRh nanostruktur. Práce nesmyslně začíná kapitolou 2. V té autor popisuje teorii magnetismu. Kapitola obsahuje až zbytečně moc detailů, které absolutně nesouvisejí s prací, jako například dynamika magnetizace, či RKKY interakce. Rozkládá se na 11 stranách, což je přibližně třetina obsahu celé práce, a v kontextu práce obsahuje pouze minimum relevantních informací. Nicméně, autor prokazuje alespoň základní orientaci v problematice magnetismu. Ve třetí kapitole autor předkládá rešerši vlastností FeRh. Zvláště se věnuje změnám magnetických vlastností FeRh vlivem ozařování ionty a žíhání. Čtvrtá kapitola shrnuje metody, využité v rámci práce. Zde autor vyčerpávajícím způsobem popisuje SEM, FIB a AFM a v momentě, kdy se dostane k technikám, souvisejícím s jeho výzkumem (MFM, ozařování iontovým svazkem, žíhání) věnuje tomu jednu, či dvě věty. V páté kapitole jsou uvedeny výsledky experimentů pro různé dávky iontů. Autor zde srovnává MFM měření ozářených struktur před a po vyžíhání. Kapitola je velmi nekonzistentní a v některých případech chybí dodatečné informace, jak měření vlastně probíhalo (obrázek 5.6-5.8).
Práci s literaturou hodnotím jako velmi špatnou. V celé práci není jednotný citační styl. Na začátku autor využívá odkazování na seznam literatury pomocí čísel, dále pak využívá odkázání pomocí jména autora a roku vydání knihy a některé obrázky (obrázek 4.1-4.4) jsou citovány pouze odkazem v popisku obrázku. Řazení citací je rovněž podivné – bez zjevného důvodu v textu po citaci 5 následuje citace 15. Jako tristní hodnotím citování odkazu 6, kdy autor zjevně myslel knihu, ale v seznamu literatury cituje článek o knize.
Práce obsahuje velké množství překlepů a chyb, což nadále snižuje celkovou úroveň. Práce na mě působí velice odbytým dojmem.
I přes množství odvedené experimentální práce, s přihlédnutím k nedbalé prezentaci výsledků a velkému množství nedostatků, hodnotím práci stupněm D. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti E
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací E
Topics for thesis defence:
  1. Can you explain figure 3.14 more? It seems that the figure does not correspond with the text.
  2. What is the phase shift in figures 5.5 and 5.9? Can you more comment on how the figures were created and what is observable in these figures?
  3. What is responsible for creating the lines in the bottom part of figures 5.1 and 5.2. Is it due to the AFM scanning or are the lines there? How can you get rid of these lines in the future?
  4. What is the difference between emu/cc, emu/g and emu. What is the equivalent of these units in SI?
  5. MFM was done at higher temperature and in an external magnetic field. Describe, please, an experimental setup of such a measurement.
Display more

Grade proposed by reviewer: D