Bachelor's Thesis

Study of 3D modulated magnetic structures

Final Thesis 2.75 MB

Author of thesis: Ing. Lucie Dočkalová

Acad. year: 2019/2020

Supervisor: Ing. Igor Turčan, Ph.D.

Reviewer: Dr. Ing. Michal Staňo

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with an experimental preparation and static characterization of the magnetization of 3D modulated magnetic nanostructures. The aim of the thesis is to use innovative methods in nanofabrication to devise magnetic structures that exhibit properties that cannot be achieved by standard lithography methods. In the beginning, the reader is acquainted with the micromagnetism theory. Emphasis is put on a magnetic anisotropy. The preparation of the sample is described in the second part of the thesis, together with used techniques, such as electron-beam lithography (EBL) and focused electron beam induced deposition (FEBID), are stated. In the experimental part, Kerr microscopy is used for the evaluation of static magnetic responses of prepared 3D modulated magnetic structures. They are compared with static responses of planar magnetic structures. Besides other things, amplitudes of modulations are measured using an atomic force microscope (AFM), and the influence of amplitude on the induced magnetic anisotropy is evaluated. It is found out that prepared 3D modulations induced the uniaxial anisotropy field, which can influence a preferred direction of a vector of magnetization.

Keywords:

3D modulated magnetic structures, magneto-optic Kerr effect, Kerr microscopy, shape anisotropy, Stoner-Wohlfarth model, electron beam lithography, focused electron beam induced deposition

Date of defence

16.07.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Polarizace světla. Způsob vytváření prostorově modulovaného povrchu. Studentka otázky zodpověděla

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3A-P)

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)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Igor Turčan, Ph.D.

Předkládaná bakalářská práce Lucie Dočkalové se zabývá studiem prostorově modulovaných magnetických struktur. V úvodní kapitole autorka rešeršně shrnuje základy magnetostatiky a dále se věnuje magneto-optickému Kerrovu jevu. Ve druhá kapitole se studentka zaměřuje na experimentální techniky využité k přípravě studovaných vzorků. V poslední části se autorka věnuje měření a vyhodnocení výsledků. Vyzdvihl bych především studentčino ovládnutí nelehké přípravy vzorků, ve které je potřeba zkombinovat vícekrokovou litografii s přípravou prostorové modulace pomocí depozice indukované fokusovaným elektronovým svazkem. Na druhou stranu bych ocenil větší míru samostatnosti při plánování a vyhodnocování experimentu. Práce je na velmi dobré úrovni a přehledně shrnuje výsledky studentčiny práce. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím klasifikačním stupněm B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
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
Samostatnost studenta při zpracování tématu C
Display more

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Dr. Ing. Michal Staňo

Bakalářská práce Lucie Dočkalové se zabývá přípravou a magneto-optickým měřením prostorově modulovaných (3D) magnetických NiFe struktur. Po formální a jazykové stránce je práce na vysoké úrovni a obsahuje jen malé množství překlepů (např. „křemíkové“ modulace z SiO2).

V práci jsem však nenalezl rešerši na téma prostorově modulovaných magnetických struktur, která má být prvním cílem práce. Minimem by bylo uvést alespoň zjištění z doporučené literatury, tedy výsledky práce [5] (Arranz et al.). Ideálně měla práce obsahovat další příklady již připravených 3D struktur a jejich vlastností (např. indukovanou/efektivní anizotropii) a posléze také srovnání s vlastními dosaženými výsledky.

Úvod obsahuje tvrzení: „Planární vrstvy magnetického materiálu ovšem vykazují jistou magneto-krystalickou anizotropii“. Tento výrok není obecně pravdivý, polykrystalické materiály či např. slitina NiFe (permalloy) nevykazují téměř žádnou anizotropii, což dokázala studentka ve své vlastní práci na obr. 4.5. V úvodu mi také chybí vysvětlení, proč je třeba v případě magnoniky řídit/ovládat směr magnetizace. Není také jasné, proč by měla být stávající (magneto-krystalická či jiná) anizotropie limitujícím faktorem. 

Označení „směrů“ při měření hysterezních smyček (viz např. obr. 4.10): „indukovaná snadná (těžká) osa“ by bylo vhodnější nahradit jinými termíny a pomohlo by také přidat malé schéma znázorňující strukturu a směry aplikovaného vnějšího pole. V některých případech je anizotropní pole určováno z hysterezních smyček, které nejsou měřeny pro skutečnou těžkou osu (pouze pro „těžší osu“), což může vést k větší nepřesnosti odečtené hodnoty.

Při své práci si studentka osvojila mnohé experimentální techniky a dokázala také aplikovat některé teoretické poznatky.

Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji známku B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. 1) Které další práce se již zabývaly přípravou 3D modulovaných magnetických vrstev (povrchů) a jakých výsledků bylo dosaženo? Uveďte, prosím, alespoň jeden příklad studie, která však není v seznamu doporučené literatury.
  2. 3) Proč je nutné (výhodné?) ovládat směr magnetizace v případě magnonických vlnovodů? Proč může být anizotropie (tvarová, magneto-krystalická či jiná) „limitujícím faktorem“?
  3. 2) Jaké je (očekávané) rozložení magnetizace pro NiFe obdélníky bez modulací, s nízkými modulacemi a dostatečně vysokými modulacemi, které překonávají tvarovou anizotropii? Stačí schématicky, netřeba výpočtů či (mikromagnetických) simulací.
Display more

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová