diplomová práce

Zobrazování metamagnetických tenkých vrstev pomocí TEM

Text práce 12.2 MB

Autor práce: Ing. Jan Hajduček

Ak. rok: 2020/2021

Vedoucí: Ing. Vojtěch Uhlíř, Ph.D.

Oponent: RNDr. Jiří Buršík, CSc., DSc.

Abstrakt:

Komplexní magnetické materiály v nanoměřítku mají své nezastupitelné místo v moderních zařízeních, jako jsou digitální paměti nebo senzory. Moderní technologické procesy vyžadují porozumění a možnost kontroly moderních magnetických materiálů až na atomární úrovni. Jednou z možných cest je magnetická analýza za použití transmisní elektronové mikroskopie (TEM), která je unikátní díky možnosti zobrazování až v subatomárním měřítku. Tato práce popisuje možnosti zobrazování metamagnetických materiálů metodou TEM. Tyto materiály se vyznačují možností stabilizace více magnetických uspořádání najednou za daných vnějších podmínek. Modelovým systémem pro popis zobrazovacích možností metody TEM byly zvoleny tenké vrstvy metamagnetické slitiny FeRh. Tento materiál prochází při zahřívání fázovou přeměnou z antiferomagnetické do feromagnetické fáze. Podrobně jsou rozebrány procesy výroby vzorků, což je zásadní pro úspěšnou TEM analýzu. Pro magnetické zobrazování vzorků v TEMu je využita technika diferenciálního fázového kontrastu (DPC), umožňující přímé mapování rozložení magnetické indukce ve vzorku. Důsledně je diskutován vznik signálu v DPC, což je nezbytné pro porozumění a analýzu výsledných dat. FeRh vrstvy jsou podrobeny analýze struktury, chemického složení a především magnetických vlastností obou magnetických fází. Závěrem je představen proces přímého ohřevu metamagnetických vrstev v TEMu.

Klíčová slova:

TEM, metamagnetismus, FeRh, diferenciální fázový kontrast, in-situ analýza.

Termín obhajoby

14.06.2021

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Směr magnetizace ve vrstevnatých strukturách. Lorentzovská mikroskopie. Student otázky zodpověděl.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (N-FIN-P)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Vojtěch Uhlíř, Ph.D.

Diplomová práce je zaměřena na zobrazování magnetických textur postupy dostupnými v transmisní elektronové mikroskopii (TEM), zejména technikou diferenciálního fázového kontrastu. Autor v této práci prokázal velkou samostatnost a aktivní přístup ke zvládnutí zásadní přípravy vzorků, pokročilého ovládání mikroskopu a porozumění pozorovanému kontrastu. Získané výsledky jsou přínosem pro rozvoj magnetického zobrazování v TEM ve vysokém rozlišení a ukazují jednu z možných cest pro zobrazování antiferomagnetického uspořádání. Po formální a grafické stránce je práce vypracována velmi pečlivě. S potěšením ji tedy doporučuji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
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 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

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
RNDr. Jiří Buršík, CSc., DSc.

DP směřuje do aktuální a rychle se rozvíjející oblasti magnetických materiálů s vysokým aplikačním potenciálem. Diplomant se podílel na náročných experimentálních technikách přípravy tenkých vzorků magnetických vrstev a zvládl jejich studium pomocí TEM s atomárním rozlišením včetně zahřívacího experimentu in situ. Logické členění, grafická úprava, angličtina i práce s literaturou jsou na velmi dobré úrovni. Poměrně velká část práce je věnována teoretickému popisu magnetických materiálů a specifikům jejich studia pomocí pokročilých technik TEM. Následuje popis přípravy vlastních vzorků, rozbor výsledků TEM (zejména použití metody diferenciálního fázového kontrastu) na amorfním feromagnetickém materiálu (permalloy), na nemagnetickém krystalickém materiálu (MgO) a v závěru na feromagnetické i antiferomagnetické fázi ve slitinách Fe-Rh. Práce poukazuje i na možnost řízení teplotních změn v TEM pro studium detailů transformace AF↔FM. V provedeném in situ experimentu se fázový přechod nepodařilo zachytit z důvodu výrazného posunu transformační teploty způsobeného finální přípravou vzorku. Zadání DP zmiňuje i přípravu multivrstev.
Celkově práce podrobně diskutuje a přesvědčivě demonstruje a rozvíjí možnosti TEM při studiu (meta)magnetických materiálů v nanorozměrech.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
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 A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Otázky k obhajobě:
  1. V TEM snímcích kombinovaných se SAED (obr. 4.3, 4.7) je vhodné rozlišovat (např. typem závorek) mezi krystalografickými směry a difrakčními stopami. V obr. 4.9 jsou zřejmě prohozeny označení výřezů e, f. Odkazy v textu (e, f, g) někdy nesouhlasí. Co přesně znamenají „atomic ratios“ (osa I(%)) na obr. 4.8 a 4.9 a jak byly určeny? V části o přípravě lamel pomocí FIB se zmiňuje výhoda ochranné Pt vrstvy. Proč nebyla použita také u vzorků FM a AF FeRh?

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová