Bachelor's Thesis

Magnetic properties of materials based on metastable Fe-Ni thin films

Final Thesis 8.57 MB

Author of thesis: Ing. Viola Křižáková

Acad. year: 2015/2016

Supervisor: Ing. Lukáš Flajšman, Ph.D.

Reviewer: Ing. Vojtěch Uhlíř, Ph.D.

Abstract:

Metastable Fe78Ni22 thin films grown on Cu(100) substrates are known for their capability of structural and magnetic phase transition upon ion beam irradiation. This thesis focuses on characterization of magnetic properties of FeNi layers with the emphasis on their anisotropic behaviour. An analytical model describing magnetic anisotropies, in planar structures and thin films, and its modification for Fe78Ni22/Cu(100) system is described in the theoretical part. In the experimental part, the anisotropy of ion-beam-transformed FeNi structures is thoroughly studied. The transformed films and patterns exhibit four-fold magnetic anisotropy originating from bcc iron crystal structure. Further, the possibility of modification of the magnetic anisotropy type by selecting a proper focused ion beam scanning strategy during the transformation is demonstrated. In the last part of the thesis, the maximum achievable lateral resolution of focused ion beam transformed structures is explored and a prototypical magnonic crystal is prepared.

Keywords:

metastable FeNi thin films, magnetic anisotropy, focused ion beam, magnetic hysteresis, Stoner-Wohlfarth model

Date of defence

22.06.2016

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3901-3)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, 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)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Lukáš Flajšman, Ph.D.

Studentka Viola Křižáková ve své práci studovala vlastnosti metastabilních vrstev železa a jejich transformaci z paramagnetické fáze do fáze magnetické. Ve vysoce aktuálním a složitém tématu se velmi rychle zorientovala a po teoretické i experimentální stránce byla schopna logicky a do detailů prověřit vlastnosti a možnosti již zmíněného materiálu. Oceňuji, že studentka zvládla složité experimentální procedury a byla zároveň schopna aktivně navrhovat a upravovat netriviální analytický model magnetického systému. Poznatky plynoucí z tohoto modelu dále aplikovala do numerických simulací. Propojení všech tří výše zmíněných přístupů k problematice považuji za opravdu zdařilé a na úrovni bakalářské práce často nevídané. Vzhledem k samostatnému přístupu k řešení práce, naplnění všech cílů vytyčených v zadání a celkovému postoji studentky k nelehkému vědeckému úkolu hodnotím práci Violy Křižákové stupněm výborně - 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
Ing. Vojtěch Uhlíř, Ph.D.

Bakalářská práce Violy Křižákové se věnuje přípravě a vlastnostem magnetických struktur připravených pomocí lokální transformace metastabilních fcc Fe vrstev iontovým svazkem. Toto vysoce aktuální téma má za cíl umožnit vytváření jednoduše modifikovatelných prostředí pro buzení, šíření a detekci spinových vln.
Postupně jsou v prvních dvou kapitolách představeny základy krystalografie a magnetických vlastností látek. Kapitola třetí se zabývá podrobným popisem magnetokrystalické anizotropie ve vztahu ke studovanému materiálu.
Další dvě kapitoly popisují jak přípravu a vlastnosti metastabilních vrstev FeNi na Cu (100) za různých podmínek, tak jejich lokální transformaci iontovými svazky. Je nalezena optimální iontová dávka pro maximalizaci magnetického signálu transformovaných struktur při minimálním ovlivnění topografie, a to pro vrstvy o různých tloušťkách. Je také ukázán vliv trajektorie skenování svazkem na orientaci zrn a výslednou magnetickou anizotropii. Při nalezení prostorového rozlišení nejsou k nejmenším rozlišitelným velikostem struktur uvedeny odpovídající hodnoty velikosti nominální.
V poslední kapitole je charakterizována magnetokrystalická anizotropie transformovaných struktur pomocí vektorového Kerrova magnetometru a výsledky jsou analyticky modelovány pomocí kombinace kubické a uniaxiální anizotropie a jsou také porovnány s výsledky mikromagnetických simulací.
Prezentace je velmi pečlivá a nevyhýbá se detailním odvozením zásadních vztahů a principů.Vzhledem k rozsahu práce je počet překlepů a stylistických neobratností zanedbatelný a faktické nesrovnalosti nejsou zásadní. S přihlédnutím k tomu, že se jedná o bakalářskou práci, je hloubka prezentace nadstandardní a snese porovnání s prací diplomovou. Závěrečná experimentální kapitola, konkrétně sekce 6.1-6.3, je psána poměrně komplikovaně a ve formulacích se objevuje logická nenávaznost s nejednoznačně popsanými souvislostmi, což zejména pro čtenáře detailně s problematikou neobeznámeného snižuje srozumitelnost textu. Tato část obsahuje originální výsledky velmi vysoké kvality, zasluhovala by si proto více pozornosti než ostatní kapitoly. Vzhledem k náročnosti problematiky tuto část však přesto hodnotím jako velmi zdařilou. Cíle práce byly beze zbytku splněny, celkově práci hodnotím jako vynikající a doporučuji k obhajobě.
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 B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V části 4.3 je popsána metoda udržení metastabilního stavu vrstev fcc Fe o tloušťce až 22 monovrstev pomocí disociace molekul CO na povrchu vrstvy Fe. Jakým mechanismem k redukci uhlíku dochází?
  2. Jaká je teplotní stabilita vrstev fcc Fe a jakými dalšími způsoby (např. laserový svazek, ionty He) by bylo možné indukovat transformaci?
  3. Jaký je směr magnetického pole v obr. 5.4 (b)? Změní se signál fáze při obrácení směru magnetického pole?
  4. Jakým způsobem byla získána hodnota saturační magnetizace Ms = 1,47 MA/m pro Fe78Ni22?
Display more

Grade proposed by reviewer: A