Master's Thesis

Magnetic transformation of metastable fcc Fe/Cu(100) films by focused ion beam

Final Thesis 9.86 MB Appendix 11.22 MB

Author of thesis: Ing. Jonáš Gloss

Acad. year: 2013/2014

Supervisor: Ing. Michal Urbánek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Vladimír Cháb, CSc.

Abstract:

Metastable paramagnetic face-centered cubic (fcc) Fe thin films deposited on a Cu(100) single-crystal are good candidates for focused ion-beam magnetic patterning, due to their structural and magnetic phase transformation to ferromagnetic body-centered cubic (bcc) Fe upon ion-beam irradiation. However, pure fcc Fe films undergo spontaneous transformation when their thickness exceeds 10 ML. This limit can be extended to approximately 22 ML by deposition of Fe at increased CO background pressures. We show that much thicker films can be grown by alloying with Ni, that stabilizes the fcc phase. The amount of Ni necessary to stabilize non-magnetic, metastable fcc Fe films in dependence on the residual background pressure during the deposition is determined and a phase diagram revealing the metastable region is presented. It is also shown that the stabilizing effect of CO can be removed by artificial O saturation of the surface and thus the Ni-stabilized films can be grown also in systems with lower vacuum. Finally, we present fabrication of micro- and nanostructures in 44 ML thick films of Fe alloyed with Ni on Cu(100) by focused ion beam.

Keywords:

metastable films, magnetic structures, magnetic transformation, stabilizing effect, alloying, focused ion beam

Date of defence

23.06.2014

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (N3901-2)

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. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

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

Diplomovou práci pana Jonáše Glosse hodnotím známkou výborně. Při plnění zadaných úkolů pracoval pilně a samostatně. Všechny cíle diplomové práce byly splněny, rád bych vyzvednul jeho píli, nadšení a zájem o studované téma. Vzhledem k tomu, že velká část jeho práce probíhala v laboratoři na spolupracujícím pracovišti, musel pan Jonáš Gloss projevit i velkou samostatnost. Výsledky práce byly publikovány v časopise Applied Physics Letters.
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 vysledky 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. Vladimír Cháb, CSc.

Výborná práce, dobrá grafika, bohužel angličtina méně srozumitelná i pro Čecha. V úvodu posudku bych rád zdůraznil, že student použil anglický jazyk k sepsání diplomové práce, jev dosti neobvyklý, avšak velice pozitivní. V Praze nevídaný a neslýchaný. Dovolil bych si ale na druhou stranu vytknout úroveň angličtiny. Příliš dlouhá souvětí, stavba vět kopíruje češtinu a členy jsou obecný problém pro Slovany. V některých částech text připomíná použití Google překladače. Myslím si, že po naší republice se potuluje dost rozených angličtinářů na konzultaci textu. Práce sama o sobě rozdělena na třetiny,  jen bych vytknul popis metod v části obsahující výsledky (např. AFM, nebo chybí FIB). není zcela jasné, zda byl použit analyzátor zbytkových plynů v aparaturách. Pokud mluvíme o CO  nebo O atmosféře v řádu 10(-9) nebo 10(-10) je nutné ukázat zbytkvou atmosféru, nebo alespoň popsat použité čerpací jednotky, protože v závislost na typu se dominantní plyny mění. Vzhledem k tomu, že se popisují efekty různých plynů na růst vrstev to považuji za dosti závažnou informaci. V textu neexistuje zmínka o získávání těchto informací. Podobně není uvedeno jak a kde byla získána kalibrační křivka QCM, tj. RHEED nebo separátní měření tloušťky vrstvy. Trochu postrádám kontrolu složení deponované vrstvy ze slitiny, zda se zachovala nebo nakolik byla porušena. Postačilo by pouze konstatování, že v určitém rozmezí bylo zachováno, zejména proto, že se se složením operuje při určování stability jednotlivých fází. Podobně je tomu s fázovým diagramem Fe - Ni - C.   Ten je rovněž rozhodující z hlediska stability fází. Samozřejmě fázový diagram tenkých vrstev se může lišit od objemového, je však nutné vycházet z určité představy. Podobně jsem neporozuměl důvodu, proč difrakční obrázky získané pomocí LEEDu požívají tak vysoké napětí 120 V. Některé difrakční body jsou spojeny, ale mimo ně existují body bez komentáře což je značně matoucí. Zcela chybí difrakční obrázek čistého substrátu Cu což podstatné pro růst. Za nejslabší část práce považuji odstavec 3.2 str.22. kde není jasné co vlastně autor popisuje z magnetických vlastností. Značný vlic na charakter deponovaných vrstev má nábojový stav částic, které dopadají na povrch. Popsaná napařovadla OMICRON převážně deponují částice záporně nabité, lze jednoduchým způsobem změnit jejich stav, např. na neutrální. Mou otázkou je, zda student uvažoval o možnosti eliminovat náboj deponovaných částic. Závěrem bych si dovolil ještě jednu otázku vyplývající ze závěrů práce, kde je konstatováno, že byl nalezen správný poměr mezi Fe a Ni, který dovoluje růst metastabilních vrstev o jakékoli tloušťce. V práci jsou uvedeny jen vrstvy se dvěma tloušťkami. Z čeho byl učiněn uvedený závěr?
    Práce ma výbornou úroveň, proto doporučuji přes malé nedostatky, zejména ve formulaci, hodnocení A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky 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 B
Display more

Grade proposed by reviewer: A