Master's Thesis

Metastable iron thin films for magnetic metamaterials

Final Thesis 7.31 MB

Author of thesis: Ing. Jakub Holobrádek

Acad. year: 2019/2020

Supervisor: Ing. Michal Urbánek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ondřej Man, Ph.D.

Abstract:

Magnetic nanostructures are widely investigated for applications in industrial and fundamental research thanks to their interesting properties. One of the concerned scientific disciplines is magnonics – a novel research topic in magnetism concerned with the physics of spin waves, which can be used for fabrication of novel devices for wave-based computing with low power consumption. Fabrication of magnonic structures by a focused ion beam (FIB) is an alternative method to the commonly used lithographic methods. The material used in this work -- metastable iron – is able to undergo an ion-beam-induced phase transformation from a paramagnetic fcc to a ferromagnetic bcc phase.  One of the properties, which affect the spin-wave propagation, is magnetic anisotropy. This thesis presents the influence of UHV conditions during the deposition of the metastable iron film on the magnetic anisotropy of the structures fabricated via FIB into this film. We also investigate the relationship between FIB parameters, crystallographic properties of the resulting structures, and their magnetic anisotropy.

Keywords:

Metastable iron, magnonics, ion transformation, focus ion beam, crystallography, electron back-scatter diffraction, ultra-hight vacuum, magnetic anisotropy, magnetism

Date of defence

13.07.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Proč jste pro analýzu nepoužil rentgenovou difrakci. Student na otázky odpověděl.

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)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

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

Diplomová práce pana Jakuba Holobrádka se zabývá transformací a následnou krystalografickou a magnetickou analýzou metastabilních vrstev fcc Fe na monokrystalech Cu. Pan Holobrádek při řešení diplomového projektu úspěšně rozklíčoval vliv parametrů transformujícího iontového svazku na krystalografickou strukturu transformované vrstvy a prokázal přímé spojení krystalografické orientace s magnetickou anizotropií. Výsledky prezentované v diplomové práci jsou velkým přínosem pro základní i aplikovaný výzkum v oblasti materiálových věd, magnetismu a magnoniky. S potěšením konstatuji, že všechny cíle diplomové práce byly splněny, diplomovou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji 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 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 A
Display more

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Ondřej Man, Ph.D.

Diplomant Bc. Jakub Holobrádek předložil diplomovou práci o rozsahu 64 tiskových stran kmenového textu a sedmi stran příloh. Rozsahem tedy práce splňuje požadavky na daný typ VŠKP. Práce se věnuje aktuálnímu tématu, dosažené výsledky jsou k němu neoddiskutovatelným příspěvkem.
Struktura práce je logická a kapitoly na sebe tématicky navazují. V rešeršní části vyzdvihuji vyváženou formu představení zejména teoretického základu krystalografie a použitých experimentálních metod, jež je velmi stručná, zároveň však (většinou) vystihuje přesně jádro tématu nezbytné pro získání kontextu. Při kritickém čtení zde lze nalézt několik nesrovnalostí:
- str. 5: krystalografická ekvivalence směrů či rovin z jedné rodiny Millerových indexů není založena na jejich rovnoběžnosti, jak implikuje text v odrážkách pod Fig. 2.2 (se kterým je tak mimochodem v rozporu).
- str. 10: věta "To determine the arrangement of these directions in the pole figure, one chooses a particular crystal direction and appoints it as normal direction (ND)." není pravdivá. Zde se autor nechal zmást zavádějícím značením souřadných os systému vzorku, které se v dokumentaci k SW OIM Analysis kombinuje ve dvojí podobě - jednak starším způsobem (ND, RD, TD) a pak novým, sestávajícím z indexů obdobným Millerovým (100, 010, 001), které nicméně značí ty samé makroskopické souřadné osy ND, RD, TD. Patrně ze stejného důvodu je v dalším odstavci věta "Whereas a pole figure shows the sample directions aligned with a particular crystallographic pole, ... " rovněž nepřesná, jelikož by měla vyznít právě opačně, tedy že pólové obrazce jsou zobrazením krystalografických směrů (rovin) z jedné množiny Millerových indexů vůči zafixovanému referenčnímu rámci souřadného systému vzorku.
- str. 53: formulace "orientation misorientation" je poněkud dezorientující.
Celkový dojem z práce je vynikající, proto navrhuji hodnocení 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 B
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 A
Topics for thesis defence:
  1. Využívaná FCC - BCC transformace ve Fe68 Ni22 se jeví z termodynamického pohledu být tzv. atermální transformací, které se vyznačují mimo jiné možností iniciace pomocí mechanického podnětu (např. mechanickým napětím). Existuje teorie popřípadě experimentální důkaz, že je to možné i v tomto případě?
  2. V souvislosti s nekonzistentními trendy v závislostech kritické dávky iontů a anisotropního pole na tlaku CO mezi oběma použitými FIB/SEM (Fig. 4.11 a 4.13) se jeví klíčový způsob, jakým byla dávka iontů počítána. Můžete prezentovat přesný vztah, který byl použit?
Display more

Grade proposed by reviewer: A