Badanie procesów przemagnesowania i dynamiki magnetyzacji w złożonych strukturach magnetycznych, od nanokropek po sieci nanodziur

Abstract

Lokalne zaburzenie uporządkowania magnetycznego, które może rozprzestrzeniać się w postaci fali w materiale magnetycznym, zostało przewidziane przez Blocha w 1929 roku i nazwane falą spinową. Periodycznie strukturyzowane układy magnoniczne są sztucznymi ośrodkami o okresowo modulowanych właściwościach magnetycznych, zwane kryształami magnonicznymi. W takich strukturach można znaleźć skomplikowane tekstury magnetyczne takie jak domeny magnetyczne, worteksy czy skyrmiony. Skyrmion jest kwazicząsteczką, charakteryzującą się tzw. ładunkiem topologicznym, będącą możliwie najmniejszym i jednocześnie stabilnym zakłóceniem jednorodnego namagnesowania. W ramach pracy doktorskiej autor zaprezentował pięć publikacji naukowych zawierających wyniki badań: procesów przemagnesowania, rezonansu ferromagnetycznego, propagacji fal spinowych w strukturalizowanych materiałach ferromagnetycznych; stabilizacji skyrmionów w nanokropkach magnetycznych w których możliwe jest istnienie dwóch stanów skyrmionowych (skyrmionu o małej i dużej średnicy) o zbliżonych poziomach energetycznych; badania możliwości formowania skyrmionów w sieci kwadratowej dziur w trakcie procesu przemagnesowania; badania sieci dziur w wielowarstwach ferromagnetycznych z prostopadłą anizotropią, w których zaobserwowano skomplikowaną teksturę magnetyczną. W ostatnim rozdziale doktoratu autor zaprezentował podsumowanie, plany badawcze oraz krótkie zestawienie innych osiągnięć naukowych.Bloch predicted a disturbance in the local magnetic order which can propagate in a magnetic material in a form of wave in 1929. It named as a spin wave since it is related to a collective excitation of the spins in ferromagnetic media. Magnonic crystals are artificial magnetic media with periodically modulated magnetic properties in space, well known as a structure where spin waves band structure consists of intervals of allowed bands of spin-wave frequencies and forbidden band gaps, making them structures with interesting properties. Magnetic skyrmions are solitonic magnetisation textures, whose stability is protected by their topology. In this thesis, the author presents the results of studying the static and dynamic properties of the complex ferromagnetic structures and unique skyrmion properties. The author studied magnetisation textures in patterned thin films during the remagnetisation process. In the next step, he studied the ferromagnetic resonance and characteristic of propagating spin-waves in the same structures. Then, he started investigations of skyrmion stabilisation in nanodisc and skyrmion nucleation process in antidot lattice during the remagnetisation process. Finally, he analysed the complex magnetic textures in patterned multilayers with perpendicular magnetic anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya interaction.