Ovládání magnetické fázové přeměny v prostorově omezených strukturách
Loading...
Date
Authors
Horký, Michal
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT
Abstract
Materiály, jejichž fyzikální vlastnosti se zásadně liší v důsledku mírné změny okolních podmínek, jsou perspektivními kandidáty pro aplikace v záznamových médiích, senzorech a také v medicíně. Tato práce 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. Mikrostruktury a nanostruktury FeRh byly připraveny pomocí nanolitografických technik z epitaxních vrstev FeRh vytvořených pomocí magnetronového naprašování. Magnetická fázová přeměna je analyzována pomocí vibrační magnetometrie, rentgenové difrakce, stejně tak měřením elektrického transportu a magnetickým zobrazováním pomocí mikroskopu magnetických sil. Poslední dvě zmíněné techniky ukazují narůstající asymetrii fázové přeměny, které je typická pro struktury FeRh o rozměrech menších než jeden mikrometr. Měření magnetorezistence poskytuje vhled do AF uspořádání objevujícího se u FeRh proužků v nízkoteplotní fázi. Studie prokázala schopnost řídit AF uspořádání FeRh pomocí vnějšího magnetického pole skrze výměnnou interakci vyskytující se mezi vrstvami AF a zbytkového FM. Dále jsou představeny dva metamagnetické hybridní systémy na bázi FeRh-MnRh – FeRh/MnRh supermřížky a ternární slitiny Fe50-xMnxRh50, ve kterých lze ladit teplotu fázové přeměny a šířku teplotní hystereze pomocí tlouštky vrstev a koncentrace Mn. Tento způsob ladění umožňuje specifickou hysterezi teploty, kterou lze implementovat do on/off přepínatelných spinových ventilů a zařízeni na bázi tunelové magnetorezistence.
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.
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.
Description
Citation
HORKÝ, M. Ovládání magnetické fázové přeměny v prostorově omezených strukturách [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. 2025.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
bez specializace
Comittee
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)
Date of acceptance
2025-03-05
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.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení