Doctoral Thesis

Magnetism in curved geometries

Final Thesis 6.17 MB Summary of Thesis 3.13 MB

Author of thesis: Ing. Igor Turčan, Ph.D.

Acad. year: 2022/2023

Supervisor: Ing. Michal Urbánek, Ph.D.

Reviewers: Dr. Denys Makarov, Prof. Dirk Grundler

Abstract:

In the field of magnonics, which is a novel research topic utilizing the physics of spin waves, there is an increasing interest in developing functional spin-wave devices with unique properties. These devices allow us to control the spin-wave flow and are needed for future spin-wave-based information processing. However, their technical realization is highly challenging with conventional approaches. They rely on planar magnonic structures, where the magnetic properties are exclusively given by the intrinsic parameters of used materials. Thus, properties like uniaxial magnetic anisotropy cannot be directly controlled. The presented thesis exploits a novel approach of inducing the effective magnetic interaction by the curvature of the system. The corrugation-induced uniaxial magnetic anisotropy is studied in structures with modulated surfaces prepared by focused electron beam-induced deposition and electron beam lithography. The potential of the local control over the magnetization direction using the 3D nanofabrication approach is universal and can be used with any commonly used magnetic material. Furthermore, the spin-wave propagation in the Damon-Eshbach geometry without an external magnetic field is demonstrated in corrugated magnetic waveguides by means of Brillouin light scattering microscopy. The broadening of the ferromagnetic resonance peak and extraction of the damping parameter is presented for the planar and corrugated structures. Finally, the comparison of the spin-wave propagation length measurement in corrugated waveguides with the total damping measurements, and with analytical calculations is shown. The decrease of the propagation length for the waveguides with larger modulation amplitude is associated to the increase of the damping parameter.

Keywords:

spin waves, magnonics, 3D nanostructures, corrugated-induced anisotropy

Date of defence

03.11.2022

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Disertační práce Ing. Turčana se zabývá magnetismem v zakřivených strukturách. Doktorand ve své práci popisuje nový přístup k indukci efektivní magnetické anizotropie využitím zakřivení systému. Jednoosá magnetická anizotropie indukovaná vlněním byla studována ve strukturách s modulovanými povrchy připravenými fokusovanou depozicí indukovanou elektronovým svazkem a elektronovou litografií. Potenciál vývoje nanofabrikační techniky je univerzální a lze jej použít s jakýmkoli běžně používaným magnetickým materiálem. Práce Ing. Turčana významně přispívá k výzkumnému oboru „magnonika“. Téma je velice aktuální a všechny stanovené cíle byly splněny. Anglický jazyk práce je na velmi dobré úrovni a odpovídá popisu vědeckého základu, popisu experimentálních technik, analýzy dat a diskuzi. Stav techniky v oboru je prezentován podrobným způsobem a dobře napsán. Své výsledky doktorand publikoval v impaktovaném časopise jako první autor a v dalších dvou publikacích jako spoluautor. V průběhu obhajoby Ing. Turčan zodpověděl na dotazy oponentů a členů komise výborně a prokázal své schopnosti pro samostatnou tvůrčí vědeckou práci.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Advanced Materials and Nanosciences (STIAMN)

Field of study

Advanced nanotechnologies and microtechnologies (PNTMT)

Composition of Committee

prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (místopředseda)
Dr. Denys Makarov (člen)
Prof. Dirk Grundler (člen)
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (člen)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (člen)

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

viz posudek v pdf
File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 147,68 kB

Reviewer’s report
Dr. Denys Makarov

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 3,39 MB

Reviewer’s report
Prof. Dirk Grundler

viz posudek v pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 151,33 kB