Search academic texts

Registration Number

0823U101494, PhD dissertation

Status

Доктор філософії

Date

06-12-2023

popup.evolution

o

Title

Magnetic and resonant properties of multilayered nanostructures with antiferromagnetic components. – Qualifying scientific work on the manuscript rights.

Author

Vladyslav Y. Borynskiy,

popup.head Oleksandr I. Tovstolytkin
popup.opponent Oleksandr V. Prokopenko
popup.opponent Ігор А. Владимирський
popup.review Ihor V. Herasymchuk
popup.review Dmytro Derecha

Description

Дисертаційна робота присвячується дослідженню магнітостатичних та резонансних властивостей багатошарових структур з синтетичними та природніми антиферомагнітними компонентами за умов, коли їх лінійні розміри набувають порядків наномасштабу. Проводиться систематичний аналіз закономірностей зміни ключових магнітних властивостей плівкових гетероструктур Fe/[Cr/FeCr/Cr]n/Fe, Py/FeMn/[Cu/Py] та тришарових наноелементів Py/NiCu/Py в залежності від температури, будови та їх геометричних параметрів. Виявлені нові фізичні ефекти можуть бути використані для налаштування функціональних характеристик електронних пристроїв з такими компонентами. У Вступі (першому розділі) проводиться обґрунтування актуальності вибраної теми дисертаційного дослідження та надається загальна характеристика роботи. Другий розділ роботи ознайомлює читача з проблематикою обраної теми дисертаційного дослідження, існуючими науковими здобутками в сфері синтетичних антиферомагнетиків (САФ) та подальших перспективах їх застосування у якості компонент магнонних метаматеріалів, нейроморфних контактів та інших сучасних розробок наноелектроніки. У третьому розділі представляються фізичні засади основних методів, що використовувались для виготовлення зразків, вимірювання їх магнітних параметрів та аналізу результатів: метод магнетронного напорошення багатошарових структур, спектроскопія феромагнітного резонансу (ФМР) та підхід мікромагнітних моделювань. Також надаються технічні специфікації усіх досліджених у даній роботі зразків. У четвертому розділі досліджуються зміни магнітостатичних властивостей та характеру температурно-регульованого перемикання стану «феромагнетик-антиферомагнетик» САФ матеріалів у контексті переходу від двовимірних тонкоплівкових структур до латерально обмежених наноелементів. Перша частина розділу зосереджується на плівкових багатошарових структурах САФ Fe/[Cr/FeCr/Cr]n/Fe. Досліджується конкуренція між прямою та непрямою обмінною взаємодією, а також між непрямою взаємодією антиферомагнітного (АФМ) та феромагнітного (ФМ) типів, яка виникає у таких САФ завдяки магнітному фазовому переходу «феромагнетик-парамагнетик» сплаву FeCr. Показано, що використання композитного спейсера [Cr/FeCr/Cr]2 звужує температурний інтервал перемикання стану САФ від ≥100 К, типових для структур з однорідним спейсером FeCr, до 15 К. У другій частині розділу розглядаються масиви круглих планарних нанодисків САФ Py/NiCu/Py, для яких демонструється подібний механізм температурно-керованого перемагнічування, однак без непрямої обмінної взаємодії. Показано, що куполовидна форма наноелементів призводить до появи суттєвого залишкового моменту та подвійної петлі перемагнічування, коли САФ перебуває у дипольно зв’язаному АФМ стані. Дослідження, представлені у п’ятому розділі роботи, зосереджуються на вивченні особливостей магнітного стану двошарової плівкової системи Py/FeMn. У першій частині розділу досліджуються температурно- та товщинно-залежні процеси дисипації струму спінової накачки у структурах Py/FeMn(3–7 нм)/Cu/Py. Окрім традиційного внеску поглинання спінового струму в об’ємі АФМ шару, виявлено додатковий неоднорідний внесок, який пояснюється формуванням обмінної пружини в області інтерфейсу Py/FeMn, спричиненим конкуренцією між ефектом ФМ близькості та АФМ обміном у FeMn. Також представляється окреме дослідження ФМР двошарових плівкових структур Py/FeMn(3–7 нм). Продемонстровано можливість майже десятикратного ізотропного збільшення частоти ФМР за кімнатної температури, яке зумовлюється обертовою анізотропією у тонкому АФМ шарі FeMn(3 нм). Проведені за допомогою модифікованого рівняння Кіттеля розрахунки дозволяють порівняти альтернативні механізми прискорення динаміки сусіднього ФМ шару. Шостий розділ дисертації присвячується систематичному вивченню специфіки спін-хвильової динаміки просторово обмежених наноелементів САФ, латеральні розміри яких наближаються до порядку обмінної довжини. В рамках мікромагнітної моделі відтворено експериментальні умови, за яких у поодинокому перпендикулярно намагніченому нано-САФ збуджуються коливання однорідної моди та двох вибраних мод вищих порядків. У другій частині досліджується ФМР масивів планарно намагнічених нанодисків САФ Py/NiCu/Py з номінальним діаметром 150 нм. Показано, що асиметрія внутрішньої дипольної взаємодії куполовидних наноелементів призводить до розщеплення граничної моди на коливання акустичного та оптичного типів – ефекту, яким можливо керувати за рахунок фазового переходу спейсера NiCu. Третя частина розділу розглядає аналогічні масиви нано-САФ, однак еліпсоподібної форми та вдвічі меншого розміру. У таких наноелементах виявлено збудження єдиної виродженої моди. Мікромагнітні розрахунки відтворюють анізотропну поведінку цієї моди та вказують на те, що її просторова структура є результатом суперпозиції коливань центральної та граничної стоячих спінових хвиль.

Registration Date

2023-11-28

popup.nrat_date

2023-11-28