bakalářská práce

Vliv epitaxního napětí na koexistenci feromagnetické a antiferomagnetické fáze na bočním rozhraní mezi tenkou vrstvou a proužkem FeRh

Text práce 12.09 MB

Autor práce: Bc. Sára Hrdinová

Ak. rok: 2023/2024

Vedoucí: Ing. Oleksii Zadorozhnii

Oponent: Ing. Mgr. Peter Kepič

Abstrakt:

Ekviatomická slitina FeRh vykazuje fázový přechod z antiferomagnetického do feromagnetického uspořádání při teplotě kolem 350 K. Díky tomu se stává ideálním materiálem pro studium výměnných interakcí mezi ferromagnetickou a antiferomagnetickou fází v rámci systému tvořeného jedním materiálem. Díky relaxaci kompresivního epitaxního napětí způsobeného substrátem MgO na okrajích struktur a následné stabilizaci feromagnetické fáze, bychom mohli vytvořit vhodné rozhraní mezi relaxovaným feromagnetckým drátkem a napjatou antiferomagnetickou vrstvou. V této práci jsou nejprve popisány magnetické vlastnosti materiálů, jejich původ a vlastnosti slitiny FeRh s důrazem na fázovou přeměnu. Dále práce obsahuje shrnutí aktuálních výzkumů a článků, týkajících se nukleace fázových domén na strukturovaných i souvislých vrstvách. K samotným měřením byly použity techniky jako je magnetronové naprašování, kterým byly nadeponovány vrstvy FeRh o tloušťkách 36 nm a 180 nm. Po úpravě vrstev pomocí elektronové litografie byly charakterizovány pomocí mikroskopie magnetických sil. Tato měření ukazují, že relaxave napětí výrazně závisí na orientaci proužku vzhledem ke krystalové struktuře substrátu. Pro orientaci 0° je vliv substrátu výraznější než pro 45°. Vrstva FeRh tloušťky 36 nm netvoří souvislé rozhraní na proužcích šířky 1000 nm. Místo toho vytváří malé domény, které vypovídají o rozložení napětí ve struktuře. Silnější vrstvy tloušťky 180 nm nám poskytují jasně definovaného rozhraní pro drátky delší něž 25 µm. Rozhraní bylo dosaženo pro šířky proužků od 1250 nm do 300 nm. U struktur s širšími proužky se feromagnetická fáze na okrajích souvislé vrstvy spojuje s feromagnetickou fází v drátku a tím zakřivuje rozhraní. Toto spojení se postupně přerušuje u tenších proužků s rozměry 800 nm a 600 nm. Proužek šířky 300 nm vykazuje jasné rozhraní mezi svými kraji, které je kompletně odděleno od souvislé vrstvy.

Klíčová slova:

Feromagnetismus, Antiferomagnetismus, FeRh, Fázová přeměna, Epitaxní napětí, MFM, Mikroskopie magnetických sil, Fázový přechod vyvolaný napětím

Termín obhajoby

13.06.2024

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Srovnání MFM a AFM z hlediska interakčního potenciálu vzorek-hrot. Studentka na otázky odpověděla.

Jazyk práce

angličtina

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. Oleksii Zadorozhnii

During the course of this bachelor thesis the student has shown great interest in the topic, high degree of enthusiasm and was very adaptible and quick-learning. Unfortunately due to delays on our part with the lithographic procedure, student had very limited time to conduct the experiments on 180 nm thick films. However, for the short time spent on the Magnetic Force Microscopy we consider the experimental output to be of very high quality. 

Theoretical and state of the art parts of this thesis in my opinion cover all the necessary basics for understanding of metamagnetism in FeRh, phase transition phenomena as well as the influence of the strain on the phase transition.

Interpretation of the results was made difficult due to FeRh supercooling coming into play, which was discovered for 10 micrometre sized elements after the entire set of measurements was made. This made interpretation of the results more difficult than expected, however the conclusions of the thesis are still valid and applicable for our future measurements, and definitely provide useful information on strain influence on FeRh phase transition from antiferromagnetic to ferromagnetic state. 

With the above factors mentioned, we consider that within given parameters the student has performed very close to the best expectations and provided us with very valuable data as part of their bachelor's thesis.
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 B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
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
Ing. Mgr. Peter Kepič

The thesis starts very nicely. The author clearly describes a basic theory of magnetism and consistently shifts to classifying magnets with relevant graphs describing them. This graph is later well-used when introducing iron-rhodium alloy, an antiferromagnetic to ferromagnetic phase-change material. While phase transition is adequately described using a visually explicit phase diagram, a more detailed description of the hysteresis with a focus on heating and cooling temperatures is missing. Especially later in the state-of-the-art section, where the supercooling of nanostructures is revealed, and comparison to thin film/bulk temperatures is crucial. Moreover, switching between degrees of Celsius and Kelvins in the text makes understanding harder. The methods section is adequately brief. However, there is a slight imbalance between the first two methods (Magnetron and VSM) and AFM. While AFM is, in my opinion, overexplained, Magnetron and VSM especially miss a more detailed description of operation. In the last section, I admire the huge amount of samples the author measured and the work she did. Sadly, weaker interpretation of results and sentence arrangement make it hard to understand these results and their impact. Specifically, nanostructures are sometimes called nanowires, other times strips or stripes; results from images are followed by a discussion about fabrication/methods and then back to other results without explaining the meaning of previous results; FM and AFM contrasts are not adequately explained; therefore clusters and AFM domains discussed in the text are not visible (at least for me; should be highlighted). Despite the weaker interpretation on which the author should work in the future, I evaluate this thesis as very good, especially when considering the amount of time and work she had to dedicate during her bachelor year to study the problematics and measure the samples.
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 C
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 A
Otázky k obhajobě:
  1. Epitaxial growth is highlighted as very important in the context of magnetic and electric properties during the phase transition of FeRh. Could the author explain why? What would happen when deposited on an amorphous substrate such as Fused Silica?
  2. Could the author specify contrast changes in MFM images during the FeRh phase transition? After that, could the author choose one of the measured areas of the 36 nm thick structures and properly describe and highlight the formation of the AFM cluster and transformation of the nanowire and patch?

Známka navržená oponentem: B

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová