Optical and magneto-optical studies of ferrimagnetic garnets for photonic and spintronic applications

• Název práce v češtině: Studie optických a magnetooptických vlastností ferrimagnetických granátů pro fotonické a spintronické aplikace
• Název v anglickém jazyce: Optical and magneto-optical studies of ferrimagnetic garnets for photonic and spintronic applications
• Klíčová slova: Ferrimagnetický granát, Magnetooptická spektroskopie, Pulzní laserová depozice, Tenké vrstvy, Metalo-organická dekompozice
• Klíčová slova anglicky: Ferrimagnetic garnet, Magneto-optical spectroscopy, Pulsed laser deposition, Thin films, Metallo-organic decomposition
• Akademický rok vypsání: 2014/2015
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Martin Veis, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 15.09.2015
• Datum zadání: 15.09.2015
• Datum potvrzení stud. oddělením: 02.10.2015
• Datum a čas obhajoby: 22.09.2020 12:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 03.03.2020
• Datum odevzdání tištěné podoby: 03.03.2020
• Datum proběhlé obhajoby: 22.09.2020
• Oponenti: Mgr. Adam Dubroka, DrSc.
• Konzultanti: RNDr. Roman Antoš, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Cílem práce je systematické studium optických, magnetických a magnetooptických vlastností nových magnetických materiálů a jejich funkčních nanostruktur se zaměřením na pochopení základních fyzikálních principů zodpovědných za zvýšení magnetooptické odezvy a spinové orientace. Optické vlastnosti budou zkoumány spektroskopickou elipsometrií. Magnetické a magnetooptické vlastnosti budou studovány magnetooptickou spektroskopií, magnetometrií a mikroskopií. Tyto měřící techniky jsou k dispozici na Fyzikálním ústavu UK. Získané experimentální výsledky optické a magnetooptické spektroskopie budou konfrontovány s pokročilými teoretickými výpočty založenými na maticovém formalismu pro šíření světla v anizotropních materiálech. To povede k získání spektrální závislosti tenzoru permitivity nových materiálů jenž je korelována s elektronovou strukturou. Magnetometrická měření společně s magnetooptickou mikroskopií poslouží ke sledování změny směru magnetizace a spinové akumulace s prostorovým rozlišením. To pomůže detailně pozorovat a popsat fyzikální mechanismy které jsou důležité pro kontrolu orientace spinu. Navíc tyto experimenty umožní testování funkčnosti nových spintronických zařízení. Získané výsledky budou též porovnávány s výsledky strukturní analýzy provedené v rentgenových laboratořích katedry fyziky kondenzovaných látek.

Seznam odborné literatury

R. M. A. Azzam, N. M. Bashara, Ellipsometry and Polarized Light, North-Holland, Amsterdam / New York / Oxford 1977.
Š. Višňovský, Optics in Magnetic Multilayers and Nanostructures, CRC Taylor & Francis, Boca Raton 2006.
E. Palik, Handbook of Optical Constants of Solids, Academic Press, New York 1998.
B. Di Bartolo, Optical Interactions in Solids, John Wiley & Sons, New York 1968.
Vybraný soubor původních prací týkajících se tématu. K dispozici u vedoucího práce.

Předběžná náplň práce

Současná situace v oblasti informačních technologií naznačuje potřebu značných konceptuálních změn. Rychlý vývoj zobrazovacích zařízení se stále zvyšujícím se rozlišením, posun v oblasti trojrozměrného zobrazování, a implementace nových softwarových nástrojů náročných na výpočetní výkon začínají klást značné nároky na zlepšení v oblasti přenosu, zpracování a ukládání dat. Na druhou stranu dosavadní používané koncepty začínají narážet na své fyzikální limity. Integrované fotonické čipy používající nové typy integrovaných laserových zdrojů, modulátorů a detektorů prokazují svoje schopnosti v oblasti optického přenosu a zpracování dat. Pro konečné aplikace těchto čipů je však navíc potřeba integrace magnetooptických izolátorů a cirkulátorů. To vede k rozdílné absorpci v dopředném a zpětném směru šíření optické vlny. Integrace těchto prvků však zůstává velmi obtížná a dosavadní pokusy v této oblasti zatím nedosáhly kýženého výsledku. Důvodem je strukturní nekompatibilita klasických magnetooptických materiálů se současnou polovodičovou technologií vedoucí ke značnému snížení jejich magnetooptické odezvy. Spinová elektronika je dynamicky se rozvíjejícím odvětvím v němž je jednotka informace uchována v orientaci spinu elektronu. Úspěšné zavedení spintronických zařízení do praxe však závisí na efektivní excitaci, kontrole a detekci spinu elektronu. V současné době se využívá spinových analogií fyzikálních jevů jako jsou Hallův jev, Hallova magnetorezistence, atd. S pomocí těchto jevů aplikovaných ve speciálně navržených nanostrukturách byla dosažena kontrola spinového uspořádání v látce. Nicméně účinnost této kontroly je třeba stále zvýšit.