Substrátem kontrolované fyzikální vlastnosti tenkých vrstev magnetických oxidů pro spintronické aplikace

• Thesis title in Czech: Substrátem kontrolované fyzikální vlastnosti tenkých vrstev magnetických oxidů pro spintronické aplikace
• Thesis title in English: Substrate controlled physical properties of magnetic oxides thin films for spintronic applications
• Key words: magneto-optický Kerrův jev|tenzor permitivity|epitaxní pnutí|nanovrstva|pulzní laserová depozice|LSMO
• English key words: magneto-optical Kerr effect|permittivity tensor|epitaxial strain|nanosheets|pulsed laser deposition|LSMO
• Academic year of topic announcement: 2021/2022
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: angličtina
• Department: Institute of Physics of Charles University (32-FUUK)
• Supervisor: RNDr. Martin Veis, Ph.D.
• Author: RNDr. Tomáš Maleček - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 14.10.2021
• Date of assignment: 14.10.2021
• Confirmed by Study dept. on: 06.05.2022
• Date and time of defence: 16.06.2022 10:00
• Date of electronic submission: 09.05.2022
• Date of submission of printed version: 09.05.2022
• Date of proceeded defence: 16.06.2022
• Opponents: Diana Václavková
• Advisors: RNDr. Jakub Zázvorka, Ph.D.

Guidelines

1) Seznámit se s fyzikou spinového uspořádání v magnetických oxidech pomocí dvojité výměny a její citlivosti na pnutí nastudováním příslušné literatury.
2) Nastudovat teoretický popis šíření světla anizotropními prostředími.
3) Sestavit experimentální uspořádání pro teplotně závislá magnetooptická měření v reflexní geometrii.
4) Sestavit uspořádání pro teplotně závislá měření spektroskopické elipsometrie.
5) Proměřit optické a magnetooptické vlastnosti zkoumaných vzorků magnetických oxidů pomocí teplotně závislé magnetooptické spektroskopie a spektroskopické elispometrie.
6) Analyzovat a interpretovat naměřená data pomocí spektrální závislosti tenzoru permitivity a popsat vliv substrátu na zkoumanou tenkou vrstvu.

References

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.

Preliminary scope of work

Vývoj klasické elektroniky se přibližuje svým fyzikálním mezím a žádá si nových přístupů. Slibným se ukazuje být integrace nových spintronických materiálů s dosavadní křemíkovou technologií. Tato práce představuje možnost růstu relaxovaných texturovaných tenkých vrstev La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO) na křemíku s vlastnostmi srovnatelnými s epitaxní vrstvou na SrTiO3 (STO). Růstu LSMO bylo dosaženo díky dvoudimenzionální nanovrstvě (NV) Ca2Nb3O10, která epitaxně stabilizovala růst LSMO. Bylo ukázáno, že vzorky LSMO na NV/Si, připravené pulzní laserovou depozicí, vykazují nižší saturační magnetizaci než vzorky LSMO na STO, ale přesto mají vyšší Curieovu teplotu a to o více než 10 K. Optická a magneto-optická měření byla využita na dopočtení kompletního tenzoru permitivity zkoumaného materiálu. Spektra nediagonální složky byla parametrizována třemi diamagnetickými přechody s energiemi okolo 1.9, 2.9 a 3.5 eV a to pro LSMO na NV/Si i LSMO na STO. Podobnosti fyzikálních vlastností vzorků otevírají možnost integrace LSMO do křemíkové technologie s využitím NV. Dále v této diplomové práci byly studovány optické a magneto-optické vlastnosti vybraného vzorku LSMO na STO v závislosti na teplotě.

Preliminary scope of work in English

As conventional electronics approaches its fundamental limits, new paradigms are required. Integration of new spintronic materials with current silicon technology shows great promise. This thesis demonstrates the possibility of growing textured stress-free La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO) thin films on silicon with properties comparable to epitaxially grown layers on SrTiO3 (STO). Growth of LSMO is achieved by a two-dimensional nanosheet (NS) seed layer of Ca2Nb3O10 inducing epitaxial stabilization of LSMO films. Samples of LSMO on NS/Si, prepared by pulsed laser deposition, have been shown to have lower magnetization than samples of LSMO on STO yet also possess a higher Curie temperature by more than 10 K. Spectral dependence of the full permittivity tensor was calculated from optical and magneto-optical measurements. Spectra of the off-diagonal element have been fitted with three diamagnetic transitions located around 1.9, 2.9 and 3.5 eV for samples on NS/Si as well as for samples on STO. Similarities between the samples open the possibility of integration of LSMO into silicon technology using NS. Temperature-dependent optical and magneto-optical properties of a sample of LSMO on STO have been evaluated.