bakalářská práce

Spektroskopie spinových vln v systémech feromagnet-supravodič

Text práce 10.51 MB

Autor práce: Bc. Ekaterina Pribytova

Ak. rok: 2023/2024

Vedoucí: Ing. Michal Urbánek, Ph.D.

Oponent: Ing. Kristýna Davídková

Abstrakt:

Spektroskopie spinových vln se stala nádějným směrem ve studiu hybridních struktur feromagnet-supravodič. Tyto struktury vykazují široký rozsah frekvencí spinových vln, které sahají od GHz po THz, což je činí potenciálními kandidáty pro efektivní přenos informací bez translace elektronů a souvisejícího Jouleova ohřevu. Tato vlastnost je staví jako slibné kandidáty pro realizaci nových a vysoce efektivních výpočetních konceptů. Zatímco předchozí magnonické experimenty byly převážně prováděny při pokojové teplotě, rostoucí zájem o hybridní systémy pro kvantové výpočty vyžaduje provoz magnonických zařízení při nízkých teplotách a v rámci supravodivých obvodů. Cílem této bakalářské práce je zkoumání možností přenosu informací pomocí spinových vln v systémech feromagnet-supravodič.

Klíčová slova:

Magnonika, disperzní relace, supravodivost, heterostruktura feromagnet-supravodič, CPW čip, Vektorový obvodový analyzátor, nanoantény.

Termín obhajoby

14.06.2024

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Kde přesně se nacházejí ostrůvky na vzorcích. Při jakých teplotách bude dosaženo supravodivého stavu. Studentka na otázky odpověděla.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (B-FIN-P)

Složení komise

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)

Posudek vedoucího
Ing. Michal Urbánek, Ph.D.

Slečna Ekaterina Pribytova se ve svoji práci zabývala aktuálním tématem propagace spinových vln v systémech feromagnet-supravodič. Tyto systémy je nutno studovat při nízkých teplotách a proto bylo nutné navrhnout nové experimentální uspořádání kompatibilní s nízkými teplotami, což byl primární síl bakalářské práce který studentka splnila na výbornou. Formální uspořádání a jazyková úroveň práce jsou na nižší úrovni, což je ovšem pochopitelné, vzhledem k tomu, že čeština není jejím rodným jazkem. Zde ovšem jednoznačně oceňuji odvahu a pracovitost s jakými Ekaterina přistoupila k psaní práce v takto těžkém cizím jazyce.

Celkově hodnotím práci velmi dobře a doporučuji ji 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 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 C
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Známka navržená vedoucím: B

Studentka se v rámci své bakalářské práce seznámila s teorií spinových vln a supravodivostí a naučila se vyrábět struktury pomocí elektronové litografie a vakuového naprašování. Rovněž se naučila měřit a vyhodnocovat spektroskopii spinových vln na svých vzorcích.

V první kapitole se studentka podrobně věnuje teorii magnetismu, kde se postupně od popisu jednotlivých příspěvků energií v magnetickém systému dostane přes precesi magnetického momentu a feromagnetickou rezonanci až k popisu disperzní relace spinových vln, kterou později využívá při vyhodnocování svých dat.

Ve druhé kapitole se zabývá kombinací feromagnetu a supravodiče. Nejprve studuje obecné vlastnosti supravodičů, jejich rozdělení do prvního a druhého druhu, a poté popisuje feromagnetickou rezonanci a disperzní relaci spinových vln pro systém feromagnet-supravodič.

Třetí kapitola pojednává o způsobu měření spektroskopie spinových vln pomocí vektorového obvodového analyzátoru a zpracováním dat.

Ve čtvrté kapitole jsou shrnuty dosažené experimentální výsledky. V první části této kapitoly se studentka nejprve zabývala optimalizací přenosu mikrovlnného signálu koplanárními vlnovody, které budou později využity pro měření feromagnetické rezonance. Ekaterina provedla systematická měření těchto vlnovodů o různých rozměrech a na odlišných substrátech a zjistila, že nejmenší ztráty při přenosu signálu jsou dosaženy při použití vlnovodu o šířce 120 μm v kombinaci se substrátem z křemenného skla a safiru (quartz). Ve druhé části této kapitoly se Ekaterina zabývala měřením a vyhodnocením spektroskopie spinových vln ve 30 nm tenké permalloyové struktuře - čtverci o rozměrech 40x40 μm. Pro buzení a detekci spinových vln na této struktuře vyrobila mikrovlnné antény na jejím povrchu metodou elektronové litografie a vakuového naprašování. Studentka provedla analýzu naměřeného transmisního spektra spinových vln, a to jak magnitudy, tak i fáze, která bude v pozdějších experimentech použita pro získání disperzní relace. Transmisní spektrum spinových vln porovnala s odpovídající disperzní relací a rovněž porovnala experimentálně získanou grupovou rychlost spinových vln s teoreticky spočítanou grupovou rychlostí.

Pátá kapitola pojednává o analytických výpočtech závislosti koherenční délky a kritické teploty v supravodivé vrstvě vzhledem k její tloušťce a o teoretickém modelu pro výpočet disperzní relace pro různé kombinace systému feromagnet-supravodič.

Tuto bakalářskou práci hodnotím kladně, ovšem je zde i prostor pro zlepšení. Například v úvodu této práce byla správně zmíněna motivace, proč nás zajímají spinové vlny v systému feromagnet-supravodič, ale už jsem nikde dál nenašla rešerši, jestli se i někdo jiný zabývá nebo zabýval tímto tématem, jestli nějaké podobné experimenty už byly provedeny a podobně. Dále mi v této práci trochu chybí diskuse o provedených a třeba i budoucích experimentech. Oceňuji, že se v páté kapitole diskutují teoretické výpočty disperzních relací pro různé konkrétní systémy feromagnetů se supravodiči, ovšem tato kapitola měla spíš navazovat na druhou kapitolu Úvod do teorie supravodivosti a na místo ní měla přijít právě diskuse o experimentech nebo o výhodách a nevýhodách použití různých systémů feromagnet-supravodič na základě analytických výpočtů z kapitoly 5.

Možnost pro zlepšení vidím i v práci s obrázky, a to zejména v jejich úpravě a popisu. Práce je psána v českém jazyce a při čtení jsem narazila na několik chyb a krkolomných výrazů, nicméně je to psáno tak, že čtenář je schopen pochopit smysl toho, co se autorka snaží vyjádřit. Co bych ale trochu vytkla, je neuvedení příslušných zkratek, třeba hned na první straně úvodu – FMR a S/F/S, které jsou vysvětleny až později.

Celkově ovšem tuto práci hodnotím velice kladně – je vidět, že Ekaterina strávila mnoho času pochopením a propojením teorie spinových vln a supravodivosti, objevila svět čistých proctor, ve kterém pronikla do tajů elektronové litografie, a také se naučila provádět systematická měření a vyhodnocování dat. Tuto práci hodnotím známkou A.
Kritérium hodnocení Známka
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 B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Otázky k obhajobě:
  1. Na straně 37 je uvedeno, že při výrobě vzorku na něj nejprve bylo potřeba napařit izolační vrstvu SiO2, a že tato vrstva byla napařena pod úhlem 35 stupňů za účelem pokrytí bočních stran magnetických ostrůvků. Z obrázku 4.8 je patrné, že horní hrana bude pokryta napařeným materiálem, ale že spodní hrana již ne?
  2. Na straně 34 je uvedeno: “… nejlepší transmise pro obě varianty vlnovodů byla dosažena na quartze… Pro výrobu nanoantén jako substrát byl však zvolen GaAs z důvodu snadnějšího litografického procesu…”. Zkoušela jsi něco vyrábět i na quartze? Co přesně se nedařilo? Byl problém s adhezí nebo s liftoffem?
  3. Na straně 33 a 34 jsi našla optimální rozměry pro transmisi signálu koplanárními vlnovody, proč tyto rozměry pak nebyly použity v designu pro přívodní vodiče k mikrovlnným anténám (strana 39, obrázek 4.9)?
  4. Na straně 31 vysvětluješ spektroskopii spinových vln. Mohla bys ji vysvětlit podrobněji? Jakým způsobem dojde k detekci spinových vln na přijímací anténě, co se tam děje, k čemu tam dochází?

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová