diplomová práce

Studium vlastností kovových tenkých vrstev a nanostruktur pomocí rastrovací sondové mikroskopie

Text práce 3.35 MB

Autor práce: Ing. Antonín Doupal

Ak. rok: 2009/2010

Vedoucí: doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D.

Oponent: RNDr. Antonín Fejfar, CSc.

Abstrakt:

Diplomová práce je zaměřena na studium vlastností tenkých kovových vrstev a nanostruktur pomocí rastrovací sondové mikroskopie. Studovány jsou magnetické vlastnosti, a to pomocí mikroskopie magnetických sil, což je jedna z modifikací rastrovací sondové mikroskopie. V teoretické části jsou shrnuty základní principy rastrovací sondové mikroskopie a mikroskopie magnetických sil a také princip vzniku magnetických domén a jistých vlastností feromagnetických a antiferomagnetických materiálů. Dále jsou zde popsány dvě techniky výroby nanostruktur. Experimentální část je zaměřena na zobrazování a simulaci magnetických domén. Dále je tato část zaměřena na studium jevu exchange bias, který je přítomen v systémech tvořených antiferomagnetickými a feromagnetickými materiály. Součástí této diplomové práce je i diskuze problémů spojených s technikou mikroskopie magnetických sil.

Klíčová slova:

SPM, MFM, magnetická doména, vortex, FIB, exchange bias, koercitivita, magnetická hysterezní smyčka

Termín obhajoby

16.6.2010

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (M-FIN)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
doc. RNDr. Josef Kuběna, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Autor se ve své práci zaměřil na oblast, která je v současné době velmi intenzivně sledována. Studium magnetických vlastností nanostruktur je významné zejména z důvodů možností výrazným způsobem zlepšit hustotu zapsané informace a čtecí rychlost v paměťových médiích. Text je přehledně rozdělen na rešeršní studii problematiky rastrovacích sondových mikroskopií a detailněji se zabývá mikroskopií magnetických sil. Poté přechází k popisu vlastností feromagnetických látek a k metodám, pomocí nichž lze připravovat magnetické nanostruktury. Dále následují experimentální výsledky a počítačové simulace. Při analýze výsledků je patrná snaha optimalizovat parametry výroby struktur vzhledem k jejich  vlastnostem důležitým pro jejich budoucí funkčnost. Diplomant nejenže splnil požadavky a cíle zadání, ale prokázal samostatný a tvůrčí přístup k řešení úkolů. Z těchto důvodů doporučuji diplomovou práci k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
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 B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Předložená práce p. Antonína Doupala působí při prvním prolistování velmi pěkným dojmem: je věnována zajímavému tématu, obsahuje řadu schémat a krásných obrázků, má vzornou grafickou úpravu a i vlastním provedením působí velmi reprezentativně. Je škoda, že odpovídající eleganci již nemá vlastní text práce. Není jistě nutné, aby diplomová práce v přírodovědném oboru byla psána literárně dokonalým jazykem, ale nešikovné větné konstrukce kazí dojem z této jinak velmi pěkné práce. Je zřejmé, že práce by si před tiskem zasloužila ještě jedno kritické čtení, při kterém by autor stylisticky učesal text, ale také opravil řadu nesrovnalostí (některé příklady uvádím v seznamu níže).

K vlastnímu obsahu práce. Práce měla tři jasně definované cíle:
1)    seznámení se stavem oboru
2)    příprava kovových tenkých vrstev a nanostruktur
3)    studium jejich vlastností pomocí SPM.
Z práce je zřejmé, že uvedené cíle se podařilo naplnit
Kapitoly 1-3 obsahují výstižné shrnutí tématu s odkazy na 42 vhodně vybraných referencí uvedených v závěru. Obsahují krátký přehled SPM a MFM, shrnutí magnetických domén a technick EBL a FIB.
Autor se vyrovnal s nástrahami MFM. Vhodným způsobem charakterizoval hroty pomocí rastrovacího mikroskopu a pokusil se vyrovnat se stárnutím hrotů.
Autor použil program OOMMF pro vlastní simulace domén v nanostrukturách (nicméně jedná se o převatý program a autor neuvádí citaci na původ programu ani v textu, ani v seznamu literatury).
Autor připravil tenké kobaltové vrstvy a strukturoval je pomocí FIB. Na připravených nanostrukturách měřil doménové vortexy pomocí MFM. Alternativně připravil NiFe nanostruktury  a nanodráty. Nebylo mi jasné, proč autor provedl simulace vortexové struktury pro vzorky, kde měření MFM bylo obtížné a naopak je neuvádí pro vzorek kobaltových struktur (viz. Obr. 4.3), kde jsou domény jasně vidět a navíc vykazují zvláštní prohnutí doménových stěn. Pěkný výsledek je pozorovaná asymetrie domén v NiFe struktuře s nanodrátem vystupujícím z rohu a srovnání se simulací, která tento jev reprodukuje.
Kapitola 5 o Exchange bias pro mne byla poučením, s tímto jevem jsem se dosud nesetkal a tak jsem se s ním rád seznámil. V této části se autor dostal k výsledkům, které z diplomové práce dělají cennou součást vyzkumu laboratoře a které jsou předmětem současného studia. Nebylo mi jasné, jak byla pro přípravu kovových vrstev Ta, FeMn, Co a Ta využita metoda PECVD (co bylo pracovním plynem v komoře, nejednalo se spíše o naprašování?). Kapitola 6 obsahuje značné množství výsledků měření hysterezních smyček a průběhu koercivity s teplotou, jejichž kritické zhodnocení překračuje možnosti tohoto posudku, je však zřejmé, že autor dosáhl během výzkumu pro svou diplomovou práci na úroveň více než splňující zadání práce.

V práci je minimální množství překlepů - autor si zřejmě dal práci s pravopisnou kontrolou. Přesto mám k práci řadu připomínek. Text dizertace obsahuje nesrovnalosti, kterým by se absolvent studia exaktních věd měl vyhnout. Uvádím jen vybrané příklady:

Text na str. 6 vyznívá tak, že Binnig, Quate a Gerber pracovali v laboratoři IBM v Zurichu, což není pravda.

Na str. 7 jsou uvedeny materiály pro přípravu ramének, mezi kterými chybí samotný křemík, naopak je uveden oxid křemíku (pokud je mi známo, křemenná raménka se běžně nepoužívají). Mám vážné pochybnosti o tom, že hrot na obr. 1.2d je kónický, jak autor tvrdí.

V práci se opakují stylistické prohřešky jako nadbytečné používání zájmen, četný výskyt zbytečných slov dále, také, .... ).
Některé věty působí dojmem, že se jedná o doslovný překlad z angličtiny (např. na str. 5 "Získávání informací o povrchu a jeho lokálních vlastnostech je často prováděno metodami SPM", na str. 14: "MFM je často rozuměna jako jedna z technik rastrovacích sondových mikroskopií", na str. 21 "Bylo dospěno k závěru..." a ve stejném odstavci "dospělo se k názoru"). Další příklady otrockého převzetí trpného rodu do češtiny už raději nebudu uvádět. Prvek gálium se česky píše pouze s jedním l (na rozdíl od angličtiny). Quartz krystal monitor na str. 45 je přijatelný slang do laboratoře, ale mimo ni nebude srozumitelný.

Některé části výkladu se také opakují (viz popis efektivní tuhosti raménka na stránkách 12 a 15).

V textu na str. 16 by bylo vhodnější použít české názvy plošný a objemový integrál místo slov dvoudimenzionální a třídimenzionální. Vzorec v textu na str. 16 pro vertikální složku síly obsahuje chybně symbol pro vektor ve výsledku skalárního součinu, v němž naopak chybí. Ve vzorci (1.10) chybí symbol pro skalární součin a také chybí znak pro vektor magnetizace. Stejně tak symbol pro vektor chybí i pro sílu těsně před referencí [20] ve stejném odstavci.

Nerozumím tvrzení na str. 16, že magnetické pole bude detekováno v absolutních hodnotách.

Na str. 20 při popisu lift modu je uvedeno, že "tyto dva kroky (1st pass a 2nd pass) se odehrávají zároveň" - co tím autor myslel?

Na straně 6 je uvedeno že: změny silových poměrů mezi hrotem a zkoumaným vzorkem nutí elastické raménko odchylovat se z rovnovážné polohy. Proč je použito slovo změny silových poměrů? Výchylka z rovnovážné polohy je daná přímo silou. Stejně nejasná je navazující formulace o změnách elektrického signálu. Naopak na str. 21 autor popisuje přitažlivou interakci a odpudivou interakci, ale při tom má na mysli gradienty síly, tedy změnu.
Kritérium hodnocení Známka
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 B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: B