Badanie uporządkowania magnetycznego w ultracienkich warstwach kobaltu w pobliżu reorientacji spinowej.



Podobne dokumenty
Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 1 Badanie efektu Faraday a w monokryształach o strukturze granatu

Charakteryzacja właściwości elektronowych i optycznych struktur AlGaN GaN Dagmara Pundyk

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Badanie efektu Faraday a w kryształach CdTe i CdMnTe

Replikacja domen magnetycznych w warstwach wielokrotnych

IM21 SPEKTROSKOPIA ODBICIOWA ŚWIATŁA BIAŁEGO

Układy cienkowarstwowe o prostopadłej anizotropii magnetycznej sterowalnej polem elektrycznym

Wykorzystanie programu COMSOL do analizy zmiennych pól p l temperatury. Tomasz Bujok promotor: dr hab. Jerzy Bodzenta, prof. Politechniki Śląskiej

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

UMO-2011/01/B/ST7/06234

Ferromagnetyczne materiały dla kontrolowanego pozycjonowania ścian domenowych

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Podstawy elektrodynamiki / David J. Griffiths. - wyd. 2, dodr. 3. Warszawa, 2011 Spis treści. Przedmowa 11

Księgarnia PWN: David J. Griffiths - Podstawy elektrodynamiki

Prof. dr hab. Tomasz Stobiecki Kraków, Recenzja. pracy doktorskiej mgr inż. Kingi Aleksandry Lasek

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ. Instrukcja wykonawcza

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ

Optyka. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat. Prawa odbicia i załamania. Uniwersytet Rzeszowski, 22 listopada 2017

α k = σ max /σ nom (1)

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 3. Światłowodowy, odbiciowy sensor przesunięcia

Poprawa charakterystyk promieniowania diod laserowych dużej mocy poprzez zastosowanie struktur periodycznych w płaszczyźnie złącza

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] - częstotliwość.

Marcin Sikora. Temat 1: Obserwacja procesów przemagnesowania w tlenkowych nanostrukturach spintronicznych przy użyciu metod synchrotronowych

Czy warto jeszcze badad efekt magnetokaloryczny? O nowym kierunku prac nad magnetycznym chłodzeniem

Badanie rozkładu pola magnetycznego przewodników z prądem

Wyznaczanie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi za pomocą busoli stycznych

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] -częstotliwość.

Spis treści. Wykaz ważniejszych oznaczeń. Przedmowa 15. Wprowadzenie Ruch falowy w ośrodku płynnym Pola akustyczne źródeł rzeczywistych

KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I FOTONIKI

Maciej Czapkiewicz. Magnetic domain imaging

Informatyka kwantowa i jej fizyczne podstawy Rezonans spinowy, bramki dwu-kubitowe

Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

BADANIA WARSTW FE NANOSZONYCH Z ELEKTROLITU NA BAZIE ACETONU

Badanie pętli histerezy magnetycznej ferromagnetyków, przy użyciu oscyloskopu (E1)

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Badanie właściwości optycznych roztworów.

Wyznaczenie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Światłowody

Załącznik nr 8. do sprawozdania merytorycznego z realizacji projektu badawczego

Ćwiczenie Nr 6 Skręcenie płaszczyzny polaryzacji

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Dynamika namagnesowania warstwowych struktur magnetycznych i nanostruktur.

Elektryczność i Magnetyzm

Podstawy fizyki wykład 8

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

Skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła w cieczach (PF13)

Widmo fal elektromagnetycznych

Mikroskop teoria Abbego

Pole magnetyczne magnesu w kształcie kuli

SZACOWANIE STOPNIA ZANIECZYSZCZENIA GLEB NA PODSTAWIE POMIARÓW ICH PODATNOŚCI MAGNETYCZNEJ

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. DWÓJŁOMNOŚĆ MIKI

Ćwiczenie nr 6. Zjawiska elektrooptyczne Sprawdzanie prawa Malusa, badanie komórki Pockelsa i Kerra

OCENA PRZYDATNOŚCI FARBY PRZEWIDZIANEJ DO POMALOWANIA WNĘTRZA KULI ULBRICHTA

PL B1. UNIWERSYTET W BIAŁYMSTOKU, Białystok, PL BUP 23/14

Podstawy Mikroelektroniki

Polaryzatory/analizatory

Zjawisko interferencji fal

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

UMO-2011/01/B/ST7/06234

IV.4.4 Ruch w polach elektrycznym i magnetycznym. Siła Lorentza. Spektrometry magnetyczne

ĆWICZENIE Nr 4 LABORATORIUM FIZYKI KRYSZTAŁÓW STAŁYCH. Badanie krawędzi absorpcji podstawowej w kryształach półprzewodników POLITECHNIKA ŁÓDZKA

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Fale elektromagnetyczne

UMO-2011/01/B/ST7/06234

Mikroskopia skaningowa tunelowa i siłowa

Fala EM w izotropowym ośrodku absorbującym

OPTYKA FALOWA. W zjawiskach takich jak interferencja, dyfrakcja i polaryzacja światło wykazuje naturę

KOOF Szczecin:

Podstawy informatyki kwantowej

Ćwiczenie Nr 455. Temat: Efekt Faradaya. I. Literatura. Problemy teoretyczne

Prawa optyki geometrycznej

( Wersja A ) WYZNACZANIE PROMIENI KRZYWIZNY SOCZEWKI I DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ PIERŚCIENI NEWTONA.

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z KONSTRUKCJI METALOWCH. Ć w i c z e n i e H. Interferometria plamkowa w zastosowaniu do pomiaru przemieszczeń

Efektywne symulacje mikromagnetyczne układów magnonicznych przy wykorzystaniu GPGPU.

Ć w i c z e n i e K 3

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

BADANIE INTERFEROMETRU YOUNGA

Pracownia Optyki Nieliniowej

LIV OLIMPIADA FIZYCZNA 2004/2005 Zawody II stopnia

Efekt Faradaya. Materiały przeznaczone dla studentów Inżynierii Materiałowej w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

Rentgenografia - teorie dyfrakcji

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 3 Badanie przemiany fazowej w materiałach magnetycznych

Spektroskopowe badania właściwości magnetycznych warstwowych związków RBa2Cu3O6+x i R2Cu2O5. Janusz Typek Instytut Fizyki

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Dyfrakcja na kryształach. Dyfrakcja na kryształach

Odgłosy z jaskini (11) Siatka odbiciowa

Elektrodynamika Część 5 Pola magnetyczne w materii Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Wprowadzenie do optyki nieliniowej

Transkrypt:

Tel.: +48-85 7457229, Fax: +48-85 7457223 Zakład Fizyki Magnetyków Uniwersytet w Białymstoku Ul.Lipowa 41, 15-424 Białystok E-mail: vstef@uwb.edu.pl http://physics.uwb.edu.pl/zfm Praca magisterska Badanie uporządkowania magnetycznego w ultracienkich warstwach kobaltu w pobliżu reorientacji spinowej. W. Stefanowicz Promotor prof. dr hab. A. Maziewski

Plan Wstęp obiekty badań Część teoretyczna : Symulacje rozkładów namagnesowania, procesów magnesowania, Model struktury domenowej w pobliżu reorientacji spinowej Teoretyczne obliczenia parametrów magnetooptycznych wielowarstw Część eksperymentalna: Magnetooptyczna mili-magnetometria Magnetooptyczna mikro-magnetometria Podsumowanie

Obiekt badań Ultracienka warstwa kobaltu ( płaska ) 8nm Ultracienka warstwa kobaltu ( klin ) 8nm Au d nm Au 2nm Co 2nm Co 2nm Au 2nm Au 2nm 1mm szafir Mo 1mm 1mm szafir Mo 1mm Podobne warstwy badano: M. Kisielewski, A. Maziewski, M. Tekielak, A. Wawro, T. Baczewski, Phys. Rev. Lett. 89 (22)

MBE z Instytutu Fizyki PAN w Warszawie http://info.ifpan.edu.pl/ Molecular Beam Epitaxy MBE (Riber EVA 32) Badane w pracy próbki wytworzono w IFPAN z Warszawy i w Orsay

Wpływ grubości Co oraz struktury warstw sąsiadujących na właściwości magnetyczne Energia anizotropii magnetycznej: θ M S E a = K 1eff sin 2 θ+k 2 sin 4 θ oś łatwego magnesowania Co Reorientacja spinowa M -2πM S 2 + K 1V + (K 1Sg + K 1Sd ) / d anizotropia objętościowa anizotropia powierzchniowa M d grubość warstwy łatwa oś K 1eff > mała grubość d 2nm duża grubość K 1eff < łatwa płaszczyzna

Symulacje numeryczne rozkładu namagnesowania w zerowym polu magnetycznym w pobliżu reorientacji spinowej z uwzględnieniem pierwszej stałej anizotropii Geometria badanej próbki M M m = M M S m 1 a) H= Oe d=1.72nm 1 a) H= Oe d=1.79nm,5 m -,5 3 3-1 x [nm ] -1 x [nm ] 1 a) H= Oe d=1.86nm a) H= Oe d=1.9nm m 3 m 3-1 x [nm ] -.5 x [nm] W symulacjach wykorzystano program OOMF http://math.nist.gov/oommf/oommf.html W.Stefanowicz, M.Kisielewski, A. Maziewski. Molecular Phys. Rep. 4 15 (24) Prezentacja w postaci posteru na School on NANOSTRUCTURED SYSTEMS Będlewo 24

1 1 a) H= Oe 1 d=1.79nm b) H=1 Oe <m > m 3 m 3-1 x [nm] -1 x [nm] 1 d) H=9 Oe m.5 3-1 x [nm] 1 c) H=4 Oe m 3 2 4 6 8 1 12 14 H [Oe] Zależność wartości średniej składowej namagnesowania <m > od pola zewnętrznego, dla próbki d=1.79nm. Wstawki a)-d) pokazują rozkład namagnesowania m (x) dla różnych pól. -1 x [nm]

Model sinusoidalny uporządkowania magnetycznego w pobliżu reorientacji spinowej ( dθ sin ( ( )) K sin ( ( x)) sin( ( )) cos( ( )) y θ θ θ θ S S D p /2 )2 2 4 E = L d A + K x + M H x + M H x dx + E 1 2 // dx z M θ y m(x) = Θ sin(2πx/p) p x p = 2 π (8(1 1 Θ ) + Θ 2 2 2 d l ex 2 l Θ 2 d 2 ex Minimalny period struktury domenowej wynosi 8πl ex przy d = 2l ex. p l ex * = 8πl d ex + 2π d l ex Rozwinięcie modelu z pracy M. Kisielewski et al. Phys.Rev. B. 69 184419 (24)

Zależność periodu struktury domenowej i podatności magnetycznej od grubości próbki d 1 d* * podatność otrzymana w wyniku symulacji numerycznych rozkładów namagnesowania period obliczony, używając model sinusoidalny podatność otrzymana w wyniku symulacji numerycznych rozkładów namagnesowania podatność obliczona, dla struktury monodomenowej

Opis efektu Kerra z wykorzystaniem formalizmu Yeh a* rozwiązanie równań Maxwell a lub równań falowych dla każdej warstwy, uwzględnienie warunków brzegowych na granicach międzywarstwowych, wyliczenie współczynników odbiciowych i stałych magneto-optycznych. * Składam serdeczne podziękowania Dr. K. Postava (realizującego projekt NANOMAG-LAB http://labfiz.uwb.edu.pl/zfmag/tok/) za okazaną pomoc w opanowaniu tego modelu teoretycznego

Opis efektu Kerra z wykorzystaniem formalizmu Yeh a

Opis efektu Kerra z wykorzystaniem formalizmu Yeh a

Opis efektu Kerra z wykorzystaniem formalizmu Yeh a

Opis efektu Kerra z wykorzystaniem formalizmu Yeh a Wynik uzyskany przy pomocy programu przygotowanego w środowisku Mathematica dla następującej struktury Szafir\Mo(2nm)\Au(2nm)\Co(dnm)\Au(8nm) przy długości fali padającej λ=64 nm i kącie padania wiązki światła ϕ =5 o Zależność parametrów magnetooptycznych od grubości próbki d dla wektora magnetyzacji: (i) prostopadłego do powierzchni próbki (rys. z lewej) i (ii) w płaszczyźnie próbki w płaszczyźnie padania światła (rys. z prawej)

Magnetooptyczny mili-magnetometr. Schemat układu pomiarowego

Magnetooptyczna mili-magnetometria. Pomiar krzywych histerez. d=1.6nm d=1.67m d=1.74nm d=1.86nm d=2nm d=2.2nm Kąt skręcenie Kerra w funkcji amplitudy pola magnetycznego, przyłożonego prostopadłe do płaszczyzny próbki Co o grubości d.

Magnetooptyczna mili-magnetometria. Analiza krzywych histerez. θ Ks Mr Hc

Magnetooptyczna mili-magnetometria. Obliczenia stałych anizotropii H 1 i H 2. z doświadczenia: φ cos( θ ) = φ kerr max z analizy teoretycznej: K H = 4 2 2 M S 2 K1 H = 1 2 4 EA( θ) = K1 sin ( θ) + K2 sin ( θ) H MS cos( θ) M S d=2,1 nm krzywa teoretyczna dopasowana przy H 1 =21 Oe i H 2 =12 Oe d 1 d* punkty doświadczalne

Magnetooptyczny mikro-magnetometr. interfejs CCD Kamera polaryzatory lampa halogenowa Rejestracja obrazu Obraz A : zrobiony w stanie pozostałościowym po nasyceniu próbki polem -H IBM PC beam-splitter obiektyw H H Zasilacz pola H I + (i,j) cewka H próbka Obraz B : zrobiony w stanie pozostałościowym po nasyceniu próbki polem +H H czas I - (i,j) Obróbka obrazów: I + (i,j) - I - (i,j) I (i,j) = Φ I + (i,j) + I - (i,j) MAX m r Obraz B - A : różnica pomiędzy obrazem B oraz obrazem A

Wstępne obserwacje struktury domenowej podczas procesu magnesowania próbki Au/Coklin/Au H =165Oe H =168Oe H =171Oe H =173Oe H =175Oe,5 mm

Podsumowanie Co zostało zrealizowane 1. Wykonano symulacje rozkładu namagnesowania oraz procesów namagnesowania w pobliżu reorientacji spinowej 2. Rozwinięto model teoretyczny sinusoidalnej struktury domenowej w pobliżu reorientacji spinowej (uwzględniono drugą stałą anizotropii) 3. Opracowano program komputerowy do wyliczenia parametrów magnetooptycznych z wykorzystaniem formalizmu Yeh a 4. Wykonano wstępne pomiary magnetooptycznym milimagnetometrem klina ultracienkiego kobaltu (wyznaczono zależność stałych anizotropii od grubości 5. Wykonano wstępne wizualizacje struktury domenowej w ultracienkiej warstwie kobaltu (zarejestrowano w pobliżu reorientacji spinowej) Co jest planowane 1. Analiza obrazów struktury domenowej w pobliżu reorientacji spinowej 2. Przeanalizowanie rozkładów magnetyzacji w pobliżu reorientacji z uwzględnieniem stałej anizotropii K 2 3. Porównanie wyników doświadczalnych z teorią, symulacjami