Bachelor's Thesis

Correlative imaging of magnetic order in antiferromagnets

Final Thesis 2.54 MB

Author of thesis: Bc. Jáchym Štindl

Acad. year: 2023/2024

Supervisor: Ing. Jan Hajduček

Reviewer: Ing. Ivo Kuběna, Ph.D.

Abstract:

Imaging of antiferromagnetic (AF) structures is limited by the fact that these materials have zero magnetization. A suitable approach to imaging AF materials is to correlate the output of several imaging techniques simultaneously. In this work, thin films of nickel oxide (NiO) were observed, for which strong coupling between AF arrangement and structure can be used in imaging. This coupling causes distortion of the NiO lattice, which contributes to the magneto-optical (MO) response. The polarizing (POL) microscope images were used as a reference in this work to correlate with the output of techniques using scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). In the SEM imaging of NiO, distortion was used to obtain channeling contrast (ECCI technique). Correlation of the signals from the POL microscope and SEM showed an increase in the resolution of the AF structures when using the ECCI technique in SEM. During the imaging of NiO in TEM, an approach based on the anisotropy of inelastic electron scattering upon impact with the sample was chosen. This anisotropy indicates the direction of the Néel vector in the imaged region.

Keywords:

NiO, antiferromagnetic domain structures, correlative imaging, reflection analogy to the Voigt effect, electron channelling contrast imaging, electron energy loss spectroscopy

Date of defence

14.06.2024

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: EELS, pozorované energiové přechody. Jiné metody, kterými by bylo možné pozorovat zmíněné energiové přechody. Student na otázky odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Physical Engineering

Study programme

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Hajduček

Bakalářská práce se zabývá aktuální problematikou zobrazování antiferomagnetického uspořádání pomocí metod korelativní mikroskopie, za využití optické a transmisní a skenovací elektronové mikroskopie (TEM, SEM). Autor práce prokázal výbornou schopnost se zorientovat v komplexní problematice pokročilých mikroskopických technik, a to jak po teoretické, tak praktické stránce, čímž autor dalece přesahuje požadavky kladeny na bakalářský projekt. Zároveň oceňuji autorovu pečlivost a systematičnost při vypracovávání celé práce, která je na velice vysoké úrovni jak po obsahové, tak grafické stránce. Práci s radostí 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 dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
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 B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Ivo Kuběna, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se věnuje tématu s názvem Korelativní zobrazování magnetického uspořádání v antiferomagnetech a přináší nové poznatky v dané oblasti. Na začátku jsou jasně definované tři cíle, které má práce splnit. Práce začíná úvodní motivací, která velmi dobře vysvětluje důležitost studia dané problematiky. Následuje rešerše literatury, která nejprve vysvětlí fyzikální podstatu antiferomagnetických materiálů a následně jsou popsány metody, jak tento jev studovat. Rozsah rešerše je adekvátní a plně splňuje cíl práce. V další části práce je popsána experimentální činnost, a to jak příprava vlastního NiO depozicí, tak příprava vzorků pro TEM. Dále jsou uvedeny výsledky získané POL technikou a velmi pokročilými technikami elektronové mikroskopie. V následující kapitole jsou uvedeny podrobnosti použitých experimentálních technik. V těchto kapitolách se trochu prolínají právě experimentální postupy, výsledky a náznaky diskuze, což není formálně úplně v pořádku. Nicméně zmíněné kapitoly dokazují splnění zbývajících cílů práce.

Obsahově i formálně je práce na vysoké úrovni, lze vytknout číslování jen literatury, které není úplně obvyklé, obvykle také nejsou moc vidět zkratky v abstraktu a tabulka na str. 16 překvapí svým otočením a neformálním závěrem. Typograficky práce obsahuje jen velmi málo nepřesností a z pohledu terminologie je vhodnější používat tahové/tlakové napětí než pnutí.

Práci celkově hodnotím známkou A 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. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Lze popsané experimentální techniky použít i na jiné antiferomagnetické systémy?
  2. Bylo uvedeno, že na TEM vzorcích nebyly AF domény vidět pomocí POL Kerrova mikroskopu. Lze přípravu vzorků pro TEM nějak optimalizovat, aby se tento nedostatek odstranil?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová