Master's Thesis

Vectorial Kerr magnetometry

Final Thesis 4.38 MB Appendix 14.82 MB

Author of thesis: Ing. Lukáš Flajšman, Ph.D.

Acad. year: 2014/2015

Supervisor: Ing. Michal Urbánek, Ph.D.

Reviewer: RNDr. Martin Veis, Ph.D.

Abstract:

Increased complexity of novel magnetic materials in the last decade has placed high demands on the manufacturing process as well as on the characterization. One of the possibilities for characterization of magnetic samples is to exploit the magneto-optical effects. The presented work uses the magneto-optical Kerr effect as a major characterization technique to probe the magnetic properties of samples. We have developed a mathematical model describing the effect of the magnetization on the polarized light and present an apparatus capable of measuring the response given by the light-matter interaction. The experimental results show the performance of the apparatus on the various magnetic systems including meta-stable iron layers, Stoner-Wohlfarth particles and magnetic vortices. The scanning vectorial Kerr magnetometer allowed us to probe the vector of magnetization with diffraction limited resolution below 500 nm.

Keywords:

vectorial magnetometry, Kerr effect, MOKE, electromagnetic waves, magnetic vortices

Date of defence

22.06.2015

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)

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

Diplomová práce pana Lukáše Flajšmana se zabývá teoretickým návrhem, praktickou konstrukcí a testováním unikátního rastrovacího vektorového Kerrova magnetometru. Vynikající práce postihuje předkládanou problematiku od teoretického konceptu odrazu elektromagnetické vlny na rozhraní magnetického materiálu přes konstrukci a praktickou realizaci magnetometru s rozlišením pod 500 nm až po důkladnou interpretaci magnetizačních struktur u vzorků změřených na tomto unikátním zařízení. Jak samotná práce, tak i její autor překračují všechna standardní měřítka pro hodnocení a proto ji s lítostí hodnotím “pouze” 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 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
RNDr. Martin Veis, Ph.D.

Předložená diplomová práce studenta Lukáše Flajšmana je věnována magnetooptické vektorové magnetometrii ve skenovacím uspořádání a její aplikaci pro výzkum magnetických nanostruktur. Vzhledem k posunu současného výzkumu v oblasti magnetických materiálů do nanoskopické škály je toto téma velmi aktuální.
Práce je rozdělena do šesti kapitol a tří dodatků. Již z rozsahu práce (který je dle mého názoru na diplomovou práci nadstandartní) je zřejmé, že se student jejímu vypracování věnoval velmi pečlivě. Po stručném úvodu do problematiky práce následují dvě teoretické kapitoly. Ve druhé kapitole jsou detailně uvedeny magnetooptické jevy, Jonesův formalismus popisu polarizovaného světla a s jeho použitím i měřitelné magnetooptické veličiny. Jonesův formalismus byl posléze použit k návrhu vlastního měřícího systému. Třetí kapitola pojednává o teoretickém popisu optické interakce s látkou v magnetickém poli pomocí tenzoru permitivity. Nejprve je zaveden samotný tenzor permitivity látky a názorně ukázána jeho symetrie pro různé směry magnetického pole. Dále tato kapitola pojednává o popisu šíření světla opticky anizotropním multivrstevnatým systémem. To vede k možnosti teoretického výpočtu magnetooptické odezvy zkoumaných struktur a interpretaci experimentálních dat. Student navíc prakticky vysvětlil význam a důsledky odvozených vztahů na konkrétních příkladech a situacích. Tento přístup velmi oceňuji.
Vlastní experimentální část práce začíná čtvrtou kapitolou, kde je velmi detailně popsán studentem vyvinutý a realizovaný magnetooptický skenovací magnetometr. Kapitola je sepsaná přehledně a doprovodné obrázky si zaslouží velikou pochvalu. Ač to z textu přímo nevyplývá, musel student věnovat jistě mnoho času i vytvoření ovládacího programu takto složitého zařízení. Úspěšnou realizaci prezentovaného magnetometru osobně považuji za jeden z hlavních výsledku diplomové práce.
V páté kapitole jsou shrnuty experimentální výsledky na různých příkladech magnetických nanostruktur. Tím byla ověřena funkčnost experimentálního uspořádání. Zmíním zde pouze výsledky získané na magnetickém mikrodisku, které velmi krásně demonstrovaly různé fáze vytvoření magnetického vortexu ve zkoumané struktuře, a potvrdily existenci stavu „spinové nestability“. Tyto výsledky jsou velmi zajímavé pro mezinárodní vědeckou komunitu zabývající se výzkumem magnetických vortexů. Předpokládám proto jejich budoucí publikování v některém z vědeckých periodik.
Na závěr bych chtěl poznamenat, že práce se svou kvalitou přibližuje spíše práci dizertační, a pokud na VUT existuje cena rektora/děkana za nejlepší diplomovou práci, doporučil bych studenta Lukáše Flajšmana na tuto cenu nominovat.
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. 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
Topics for thesis defence:
  1. 1) Na obrázku 5.15 je znázorněna doménová struktura magnetického granátu. Přiložené měřítko však ukazuje na velikost zobrazené plochy, která je mnohonásobně větší než možnosti piezo-posuvů mikroskopu. Byly tyto obrázky zkomponovány z více měření, či pořízeny ve wide-field módu?
  2. 2) Vzhledem k použití koherentního zdroje záření může docházet po odrazu světla na vzorku k interferenci. To je částečně vidět na obrázku 5.1 a 5.5. Tato interference je nežádoucí a vede ke snížení rozlišení. Uvažoval student o možnosti použití zařízení pro dekoherenci světla v experimentálním uspořádání? Standardně se jedná o rotační disk s proměnnou optickou hustotou .
Display more

Grade proposed by reviewer: A