Bachelor's Thesis

Substrate-controlled nucleation of the magnetic phase transition in nanostructures

Final Thesis 9.08 MB

Author of thesis: Ing. Jan Hajduček

Acad. year: 2018/2019

Supervisor: Ing. Vojtěch Uhlíř, Ph.D.

Reviewer: Ing. Pavel Procházka, Ph.D.

Abstract:

Properties of the phase transition in iron-rhodium (FeRh) from the antiferromagnetic (AF) to ferromagnetic phase (FM) are largely affected by lattice defects in FeRh. Epitaxial layers of FeRh are grown on monocrystalline MgO (001) substrates. Surface atomic terraces of the substrate can induce defects in epitaxial layers and modify electronic and magnetic properties. In this thesis the effect of surface atomic terraces on the width and the hysteresis of the metamagnetic phase transition in FeRh thin layers and nanostructures is studied. The amount and character of defects in FeRh are also affected by mutual orientation of terraces and FeRh nanowires, which changes the number of discrete jumps in FM-AF transition. The nanowires have been fabricated by electron-beam lithography. FM domains in in FeRh have been observed by magnetic force microscopy and electrical transport properties of differently oriented nanowires have been studied by 2-probe measurements. Higher density of surface atomic terraces significantly increases the number of discrete jumps in the FM-AF transition.

Keywords:

iron-rhodium, epitaxial layers, surface atomic terraces, metamagnetic phase transition, litography, nanowires

Date of defence

21.06.2019

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Skutečný tvar nanostruktur připravených pomocí elektronové litografie.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3A-P)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

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

Supervisor’s report
Ing. Vojtěch Uhlíř, Ph.D.

Ve své bakalářské práci se Jan Hajduček věnoval vlivu atomárních teras substrátu na charakter magnetické fázové přeměny v nanostrukturách na něm připravených. Výborně se dokázal vypořádat s komplexností tématu a k řešení všech úkolů přistupoval velmi aktivně, systematicky a samostatně. Pro splnění cílů práce bylo zapotřebí zkombinovat znalosti v oblasti fyziky povrchů a magnetizmu s experimentálními metodami včetně samotné přípravy nanostruktur, což výrazně převyšuje nároky kladené na bakalářskou práci. Student pracoval s velkým zápalem pro věc, hledal souvislosti, originální přístupy a řešení. Kromě originálních výsledků v oblasti magnetických fázových přeměn v nanostrukturách bych chtěl vyzdvihnout jeho přínos v nanolitografii. Připravené metamagnetické nanodráty o šířce pod 100 nm, které stále vykazují nízkoteplotní antiferomagnetickou fázi, v literatuře zatím nemají srovnání. Práci s radostí doporučuji k obhajobě a hodnotím 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
Ing. Pavel Procházka, Ph.D.

Bakalářská práce Jana Hajdučka, která se zabývá studiem vlivu výrobních metod FeRh nanostruktur na jejich magnetické fázové přeměny a transportní vlastnosti, je v teoretické i praktické části pečlivě zpracována. Jedná se o velmi kvalitní bakalářskou práci. Zejména oceňuji zvolené obrázky, které vhodně doplňují text a usnadňují pochopení velkého množství mnohdy složitých postupů, se kterými se student seznámil. V textu se vyskytuje pouze velmi malé množství překlepů (např. str. 13, kubická mřížka, str. 18, velké degradaci) a nějaké typograficky nesprávné zápisy (zápisy jednotek, mezera v desetinných číslech, použití délkové jednotky v případě proudu). V úvodu i textu je uvedeno, že přechod z AF do FM byl pozorován v roce 1939, ale odkaz je na francouzskou publikaci z roku 1937. Na str. 7 je přehozeno číslování citací. V obr. 1.3 se při teplotách > TN stává látka paramagnetickou, v obrázku je ale označení FM.

Jediné potřebné zlepšení bych viděl u AFM obrázku 4.7, ze kterého není zřejmá velikost substrátových teras a vzorků žíhaných na teplotách do 800 °C. V současném stavu to vypadá, že substrátové terasy jsou nejmenší právě pro tyto vzorky. To znesnadňuje pochopení vlivu defektů na hysterezní smyčky, což je v tomto textu zcela zásadní.

Celkově je tato práce velmi kvalitní, bylo uděláno velké množství práce. Pokud se v budoucnu podaří zlepšit zde vytvořené výrobní postupy, tak je tato práce i s přesahem do základního výzkumu magnetických látek.
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 B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Bylo by v současném uspořádání experimentu možné měřit koncentraci nosičů náboje? A popřípadě jak?
  2. Kdy byl u FeRh poprvé pozorován přechod z AF do FM?
  3. Na str. 30–31 se zaměřujete převážně na šířku metamagnetického přechodu u různě žíhaných vzorků, které dáváte do souvislosti s hysterezními smyčkami. Nesouvisí s tím i posuv přechodu? Nemáte data závislosti magnetizace na magnetickém poli pro vzorek žíhaný při 450 °C?
  4. Zásadním faktorem limitujícím šířku vyráběných struktur se zdá být redepozice FeRh při leptání. Pro FeRh nanodráty o tloušťce 40 nm dochází k jejich rozšiřování na 70 nm. To ale bude nejspíše amorfní vrstva. Jak může ovlivnit výsledky?
Display more

Grade proposed by reviewer: A