Magneto-optické štúdium antiferomagnetických materiálov pre spintroniku

• Název práce v jazyce práce (slovenština): Magneto-optické štúdium antiferomagnetických materiálov pre spintroniku
• Název práce v češtině: Magneto-optické studium antiferomagnetických materiálů pro spintroniku
• Název v anglickém jazyce: Magneto-optical study of antiferromagnetic materials for spintronics
• Klíčová slova: spintronika, MLD, FeRh, GaMnAs, magneto-optika, fázový prechod, magnetická anizotropia
• Klíčová slova anglicky: spintronic, MLD, FeRh, GaMnAs, magneto-optics, phase transition, magnetic anisotropy
• Akademický rok vypsání: 2018/2019
• Typ práce: bakalářská práce
• Jazyk práce: slovenština
• Ústav: Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Petr Němec, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 26.11.2018
• Datum zadání: 26.11.2018
• Datum potvrzení stud. oddělením: 11.01.2019
• Datum a čas obhajoby: 12.09.2019 09:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 08.08.2019
• Datum odevzdání tištěné podoby: 08.08.2019
• Datum proběhlé obhajoby: 12.09.2019
• Oponenti: Dr. Karel Výborný

Zásady pro vypracování

Spintronika je odvětví elektroniky, v němž je k uchování a zpracování informace využit kromě náboje nosičů také jejich magnetický moment - spin. V komerčně dostupných spintronických aplikacích, což jsou čtecí hlava v pevných discích počítačů a rychlé nezapomínající paměti typu MRAM, jsou aktivní části součástek tvořeny feromagneticky uspořádanými materiály. Ve velice nedávné době se ale podařilo demonstrovat několik typů spintronických pamětí založených na využití antiferomagnetů jako aktivního prostředí [1], což by mohlo mít naprosto zásadní dopady na vývoj elektronických zařízení nové generace. Na rozdíl od feromagnetů se totiž antiferomagnety navenek nijak magneticky neprojevují, což vede u uložených informací k jejich robustnosti vůči vnějšímu magnetickému poli a jejich „neviditelnosti“ při případném neautorizovaném kopírování. V antiferomagnetech jsou navíc vlastní frekvence typicky tisíckrát větší než ve feromagnetech, čehož může být principiálně využito ke konstrukci velice rychlé elektroniky (pracující až na terahertzových frekvencích). Necitlivost antiferomagnetů na vnější magnetická pole ale současně vede k tomu, že tyto materiály jsou velice obtížně studovatelné pomocí běžných magnetických charakterizačních metod. Jednou z mála efektivních metod pro jejich studium je měření změny vlastností světla po odraze od antiferomagnetu (nebo po průchodu antiferomagnetem) [2].

Náplní této bakalářské práce je studium antiferomagnetů pomocí světla, přičemž důraz bude kladen na využití různých magneto-optických jevů [3]. Měření bude probíhat v Laboratoři OptoSpintroniky, což je společné pracoviště MFF UK a FZU AV ČR, pomocí prototypu dvoudimenzionálního elektromagnetu. V tomto elektromagnetu jsou dva páry pólových nástavců, které generují navzájem kolmá magnetická pole, díky čemuž je možné kontrolou protékajících proudů ovládat nejen velikost ale i směr magnetického pole [4]. A to následně v kombinaci s kryostatem s uzavřeným cyklem, kde je možné měnit teplotu vzorku od 10 do 800 K, umožňuje provádět magneto-optické experimenty za různých podmínek [5]. Měření budou uskutečněna v materiálu, kde navzdory antiferomagnetickému uspořádání je možné využít magnetické pole pro jeho kontrolu. Z tohoto hlediska je velice zajímavý materiál FeRh, kde při teplotě kolem 380 K dochází k fázovému přechodu antiferomagnet – ferromagnet. V úvahu dále přichází studium nekolineárních antiferomagnetů (např. Mn3Sn, Mn3Ge a Mn3NiN), které mají i v antiferomagnetickém stavu malý magnetický moment, a případně heterostruktur, kde je možné díky výměnné interakci manipulovat s antiferomagnetem pomocí přilehlého feromagnetu (např. ve dvojvrstvě Fe/CuMnAs). Přesná volba studovaného materiálového systému, na který se v bakalářské práci zaměříme, bude upřesněna v průběhu jejího řešení na základě dostupnosti jednotlivých vzorků a podle výsledků prováděných experimentů.

Seznam odborné literatury

1. T. Jungwirth a kol., Antiferromagnetic spintronics, Nature Nanotechnology 11, 231 (2016).
2. P. Němec a kol., Antiferromagnetic opto-spintronics, Nature Physics 14, 229 (2018).
3. A. K. Zvezdin, V. A. Kotov, Modern Magnetooptics and Magnetooptical Materials, Institute of Physics Publishing, Bristol/Philadelphia, 1997.
4. J. Kimák, Charakterizace dvoudimenzionálního elektromagnetu, bakalářská práce, MFF UK, Praha, 2017.
5. V. Wohlrath, Magneto-optická charakterizace spintronických materiálů, bakalářská práce, MFF UK, Praha, 2018.