Doctoral Thesis

Controlling the magnetic phase transition in spatially confined structures

Final Thesis 23.83 MB

Author of thesis: Ing. Michal Horký, Ph.D.

Acad. year: 2024/2025

Supervisor: Ing. Vojtěch Uhlíř, Ph.D.

Reviewers: Dr. Laurent Ranno, Dr. Karel Výborný

Abstract:

Materials whose physical properties considerably differ as a consequence of a mild change of ambient conditions represent promising candidates for applications in recording media, sensors, and even medicine. This work focuses on the FeRh alloy which features the magnetic phase transition from the antiferromagnetic (AF) to ferromagnetic (FM) order accompanied by changes in electrical resistance and crystalline structure. Attention is paid to spatial confinement effects in submicron FeRh structures where the phase transition becomes asymmetric. FeRh micro- and nanostructures were prepared by nanolithography techniques from epitaxial FeRh films
grown by magnetron sputtering. The magnetic phase transition is probed using vibration magnetometry, X-ray diffraction for epitaxial films, as well as electrical transport measurements and magnetic imaging using magnetic force microscopy. The last two techniques demonstrate an increasing asymmetry of the phase transition that becomes typical for FeRh structures of micron and submicron dimensions. Magnetoresistance
measurements provide insight into specific AF ordering appearing in the low-temperature phase of FeRh stripes. The study proved an ability to control the AF ordering of FeRh by external magnetic fields through an exchange interaction occurring between the AF and residual FM layers. Two metamagnetic hybrid FeRh-MnRh systems are further presented
- FeRh/MnRh superlattices and Fe50-xMnxRh50 ternary alloys, in which both the transition temperature and width of temperature hysteresis can be tuned by thickness of layers and Mn concentration, respectively. This way of tuning enables specific on-demand thermal hysteresis, which can be implemented into on/off switchable spin valves and tunneling magnetoresistance devices.

Keywords:

FeRh, magnetic phase transition, electron lithography, electrical resistance, magnetic force microscopy

Date of defence

05.03.2025

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Disertační práce Ing. Horkého se zaměřuje na slitinu FeRh, která vykazuje magnetickou fázovou přeměnu z antiferomagnetického (AF) do feromagnetického (FM) uspořádání spojeného se změnami v elektrickém odporu a krystalové struktuře. Důraz je kladen na prostorové omezení struktur FeRh o rozměrech menších než jeden mikrometr, kde se fázová přeměna stává asymetrickou. Práce je aktuální a cíle byly splněny. Tato disertační práce přispívá k dalšímu pochopení potenciálu FeRh, který je zřejmě relevantnější jako modelový systém pro zkoumání současných krystalografických, magnetických a elektrických přechodů tohoto fascinujícího a jedinečného materiálu než jako základ pro komerčně konkurenceschopná zařízení. Manuskript je srozumitelný a ve třech hlavních kapitolách představuje studie provedené samotným studentem. V průběhu obhajoby Ing. Horký prokázal hluboké znalosti ve zkoumané oblasti. Na dotazy komise i oponentů odpověděl výborně.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Advanced Materials and Nanosciences (CEITEC-AMN-CZ-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (předseda)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (místopředseda)
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D. (člen)
Dr. Laurent Ranno (člen)
Dr. Karel Výborný (člen)

Supervisor’s report
Ing. Vojtěch Uhlíř, Ph.D.

viz posudek v pdf.
File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 123,00 kB

Reviewer’s report
Dr. Laurent Ranno

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 135,21 kB

Reviewer’s report
Dr. Karel Výborný

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 180,14 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová