Końcowe Sprawozdanie z Realizacji Projektu Krajowe Centrum Nanostruktur Magnetycznych do Zastosowań w Elektronice Spinowej - SPINLAB Tomasz Stobiecki Katedra Elektroniki AGH, Kraków Maciej Czapkiewicz, Jarosław Kanak, Piotr Mietniowski, Wiesław Powroźnik, Witold Skowroński, Zbigniew Szklarski, Piotr Wiśniowski Lidia Krawentek, Joanna Kożuch, SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 1/31
ZADANIA 1. Adaptacja pomieszczeń oraz zakup i montaż mebli laboratoryjnych Całkowita kwota 314.984,61 zł Okres realizacji 01.01.2010-31.12.2010 2. Laboratorium charakteryzacji elektrycznej i magnetycznej nanostruktur spintronicznych w warunkach dynamicznych Całkowita kwota 2.208.118,00 zł Okres realizacji 01.01.2010-30.06.2012 3. Laboratorium badań strukturalnych SPM-XRD Całkowita kwota 1.730.942,79 zł Okres realizacji 01.01.2010-30.06.2012 SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 2/31
Adaptacja pomieszczeń oraz zakup i montaż mebli laboratoryjnych p. 308 i 212 laboratorium charakteryzacji elektrycznej i magnetycznej nanostruktur spintronicznych w warunkach dynamicznych p. 309 pokój dla pracowników Całkowita kwota 314.984,61 zł SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 3/31
ZADANIA 1. Adaptacja pomieszczeń oraz zakup i montaż mebli laboratoryjnych Całkowita kwota 314.984,61 zł Okres realizacji 01.01.2010-31.12.2010 2. Laboratorium charakteryzacji elektrycznej i magnetycznej nanostruktur spintronicznych w warunkach dynamicznych Całkowita kwota 2.208.118,00 zł Okres realizacji 01.01.2010-30.06.2012 3. Laboratorium badań strukturalnych SPM-XRD Całkowita kwota 1.730.942,79 zł Okres realizacji 01.01.2010-30.06.2012 SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 4/31
buffer capping MTJ stack sputtering deposited in Singulus MgO wedge thickness: 0.6 nm up to 1nm (slope 0.017 nm/cm) Nanopillars Multilayer pillar 3 step e-beam lithography, ion etching, lift-off Ru 7 CuN 30 Ta 10 Co40Fe40B 20 2.3 wedge MgO Co40Fe40B 20 2.3 Ru 0.9 Co70Fe 30 2 PtMn 16 Ta MBE pillar prof. J.Korecki Fe/MgO/Fe CuN Ta V - Au SiO substrate 2 Al 2 O 3 3 50 5 V + CoFe Ta 30 3 CuN 50 IC SAF EB Ru 7 CuN 30 Ta 10 Co 40 Fe 40 B 20 2.3 wedge MgO Co 40 Fe 40 B 20 2.3 Ru 0.9 Co 70 Fe 30 2 PtMn 16 Ta 3 CuN 50 Ta 3 CuN 50 Ta 5 Si/SiO 2 FL RL PL AF SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 5/31
Laboratorium charakteryzacji elektrycznej i magnetycznej nanostruktur spintronicznych w warunkach dynamicznych W ramach zadania została zakupiona następująca aparatura: Zestaw urządzeń do dynamicznych pomiarów czasowo-rozdzielczych oscyloskop 20 GHz, generator sygnałowy i impulsowy, generator pikosekundowy - 1.6 GHz analizator widma - DC - 8GHz SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 6/31
Laboratorium charakteryzacji elektrycznej i magnetycznej nanostruktur spintronicznych w warunkach dynamicznych Chłodziarka helowa (z zamkniętym obiegiem helu) podłączona do układu pomiarowego z kriostatem kriostat, 4 sondy DC, 2 RF (<40GHz) Pole magnetyczne +/- 0.55 T Zakres temperaturowy 12 475 K do układu pomiarowego do chłodziarki helowej SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 7/31
PIMM t=2nm SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 8/31
Power (nv/hz 0.5 ) Katedra Elektroniki, Akademia Górniczo-Hutnicza Magneto-transport measurement setup (pillars) Możliwości pomiarowe: Pomiar rezystancji od pola magnetycznego, prąd-napięcie, Dynamiczna konduktancja, Spin torque (diode, oscillators), Czułość czujników, Szumy niskich częstotliwości. Integrated Power 0.4 nw Pole magnetyczne +/- 0.8 T Częstotliwość DC 20 GHZ Rozdzielczość optyczna < 5 m W. Skowroński, T.Stobiecki et al. Appl. Phys. Express 5,(2012) 063005 10 8 6 4 2 DC current -0.1 ma -0.5 ma -1 ma -1.5 ma -1.7 ma -1.8 ma 1,0 1,5 2,0 2,5 Frequency (GHz) SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 9/31
Resistance (Ohm) CIMSand STT diode effect 1000 800 600 400 b) AP P 1 ms 2.7 ms 7.3 ms 19.8 ms 53.7 ms AP P ST-oscillator -1.0-0.5 0.0 0.5 1.0 Voltage (V) SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 10/31
NOISE SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 11/31
Laboratorium charakteryzacji elektrycznej i magnetycznej nanostruktur spintronicznych w warunkach dynamicznych Klaster obliczeniowy Layer klimatyzator Lokalizacja: AGH budynek C-3 sala 303 trzy węzły obliczeniowe wyposażone w procesory czterordzeniowe 2.26GHz i 16GB RAM każdy praca w trybie serwera, system zasilania awaryjnego możliwość wykonywania programów na każdym węźle niezależnie SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 12/31
Micromagnetic simulation (OOMMF) Przykład pracy klastra - symulacja działania urządzeń elektroniki spinowej modele mikrospinowe dynamika magnetyzacji wizualizacje w czasie rzeczywistym SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 13/31
ZADANIA 1. Adaptacja pomieszczeń oraz zakup i montaż mebli laboratoryjnych Całkowita kwota 314.984,61 zł Okres realizacji 01.01.2010-31.12.2010 2. Laboratorium charakteryzacji elektrycznej i magnetycznej nanostruktur spintronicznych w warunkach dynamicznych Całkowita kwota 2.208.118,00 zł Okres realizacji 01.01.2010-30.06.2012 3. Laboratorium badań strukturalnych SPM-XRD Całkowita kwota 1.730.942,79 zł Okres realizacji 01.01.2010-30.06.2012 SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 14/31
Laboratorium badań strukturalnych SPM-XRD Wyposażenie 2.Blok optyki wtórnej z programowaną szczeliną odbiorczą 1.Ceramiczna lampa Cu do dyfraktometru 4.Zwierciadło (lustro) wielowarstwowe dla lampy Cu w systemie X Pert MPD 3.Otwarte koło Eulera z translacją Z, ze sterowaniem kątów Phi, Psi Figura biegunowa 80 60 40 20 SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 15/31
Laboratorium badań strukturalnych SPM-XRD Oprogramowanie 1. X Pert Data Collector program sterujący dyfraktometrem do zbierania i akwizycji danych + płyta sterująca do dyfraktometru X Pert 2. X Pert Data Viewer program do przeglądania i prezentacji danych pomiarowych 3. X Pert HighScore program do analizy fazowej 4. X Pert Stress program do analizy naprężeń Wyposażenie 1. Ceramiczna lampa Cu do dyfraktometru 2. Blok optyki wtórnej z programowaną szczeliną odbiorczą 3. Otwarte koło Eulera z translacją Z, ze sterowaniem kątów Phi, Psi 4. Zwierciadło (lustro) wielowarstwowe dla lampy Cu w systemie X Pert MPD SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 16/31
Natężenie (a.u.) Log Natężenie (a.u.) Ta(110) CoFe bcc(110) CoFe bcc(002) Ta(220) PtMn fct(222) PtMn fcc(222) PtMn fcc(111) Ru(0004) PtMn fct(111) Ru(0002) Natężenie (zliczenia/sek) Katedra Elektroniki, Akademia Górniczo-Hutnicza Laboratorium badań strukturalnych SPM-XRD J. Kanak, W. Powroźnik Dyfraktometr X Pert MPD: Reflektometria analiza fazowa, Naprężenia, Tekstura (figury biegunowe). Komora wysokotemperaturowa (300K 1200K). EDX-XRF. EB-SV niewygrzana wygrzana niewygrzana wygrzana @ 340 O C 30 40 50 60 70 80 90 100 2 (deg) Figura biegunowa 80 60 40 20 XRD - θ-2θ PtMn fct(111) @2 θ = 40.3 º Ta 5 Ru 5 CoFeB 3 MgO 1.3 CoFeB 3 Ru 0.9 CoFe 2 PtMn 20 Ru 18 Ta 5 Substrate SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 17/31 Ta 3 10 5 10 3 10 1 10-1 XRR 10 7 pomiar symulacja 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 (deg) CoFeB TOP EB-SV 500 C 460 C 420 C 380 C 340 C 300 C 260 C 220 C 64 65 66 2 (deg) Pomiary temperaturowe in situ XRD
Laboratorium badań strukturalnych SPM-XRD Mikroskop SPM S N AFM - topografia MFM MFM (pole magnetyczne prostopadłe i w płaszczyźnie), SRI (Conductive-AFM), STM, obrazowanie fazowe, KPM, Piezo Response, LFM, Nanolitografia, FMM, EFM. SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 18/31
ACMIN AGH System do nanolitografii Raith eline plus Trawienie jonowe + nanoszenie warstw R&R IonSys500 Cleanroom klasy ISO5, ISO7 SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 19/31
SPINLAB, Warszawa IF PAN, 4 grudzień 2012 20/31