Ανάπτυξη Επιταξιακών Υμενίων για εφαρμογές ηλεκτρονικών διατάξεων Μαγνονίων και μελέτη της Δομής τους με Μεθόδους Ακτίνων Χ
Creators: name: Καρφαρίδης, Δημήτριος Θεοδώρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Μέθοδοι ακτίνων Χ
Επιταξιακά υμένια
Διατάξεις μαγνονίων
X-ray methods
Thin epitaxial films
Magnonic devices

description: Σκοπός της εργασίας είναι ανάπτυξη και ο δομικός χαρακτηρισμός λεπτών επιταξιακών υμενίων που έχουν εφαρμογή σε μαγνονικές διατάξεις. Η ανάπτυξη αφορά την προετοιμασία μαγνητικών υπερδομών και πραγματοποιήθηκε με την τεχνική της επιταξίας μοριακής δέσμης (ΜΒΕ). Ο δομικός χαρακτηρισμός των ετεροδομών πραγματοποιήθηκε κυρίως με μεθόδους ακτίνων X και αποσκοπεί στην κατανόηση των μαγνητικών φαινομένων (spin pumping, SHE, ISHE και ρευμάτων spin) σε ατομικό επίπεδο. Με αυτό τον τρόπο επιδιώκεται ο μέγιστος έλεγχος των μαγνονίων προς εκμετάλλευση της ενέργειας τους, για εφαρμογή σε διατάξεις ηλεκτρονικής. Συγκεκριμένα, ολοκληρώθηκε μια σειρά τεσσάρων πειραματικών διαδικασιών, που αφορούν την ανάπτυξη και την μελέτη των δειγμάτων. Σε όλες τις περιπτώσεις ανάπτυξης των δειγμάτων, χρησιμοποιήθηκε μονοκρυσταλλικό υπόστρωμα MgO με διεύθυνση ανάπτυξης την [100]. Στην αρχή αναπτύχθηκαν τα δείγματα αναφοράς τύπου Fe/MgO, στις διαφορετικές θερμοκρασίες των 150οC και 300οC, για την μελέτη της ετεροεπιταξίας των δύο υλικών. Στην συνέχεια, μελετήθηκε η διαστρωμάτωση Fe/Pt, με την χρήση των βασικών διστρωματικών δειγμάτων, με μεταβαλλόμενο πάχος Pt από 3nm έως 18nm και σταθερό πάχος Fe (12nm). Κατά την ανάπτυξη, μεταβλήθηκε και σε αυτά τα δείγματα η παράμετρος θερμοκρασία με παρόμοιο τρόπο. Ακολούθησαν δύο παραλλαγές των βασικών δειγμάτων, όπου η μία αφορά την εναπόθεση ενός λεπτού διηλεκτρικού στρώματος MgO μεταξύ των μετάλλων, με διαφορετικά πάχη (1nm και 2nm), ενώ η άλλη αφορά την αντικατάσταση της Pt με άλλα ευγενή μέταλλα, όπως ο Au και το Pd. Μελετήθηκαν τα δομικά χαρακτηριστικά των δειγμάτων και συγκεκριμένα η διαστρωμάτωση και η κρυσταλλική ποιότητα των υμενίων, η τραχύτητα των διεπιφανειών, η πιθανότητα εμφάνισης αλληλοδιάχυσης και η ύπαρξη ατελειών δομής. Οι λεπτομέρειες δομής συσχετίστηκαν με τις συνθήκες ανάπτυξης των δειγμάτων και διαπιστώθηκε ότι σημαντική παράμετρος στην ανάπτυξη των ετεροδομών αποτελεί η θερμοκρασία, η φύση και το είδος των συστατικών που βρίσκονται σε επαφή. Επίσης, από τα αποτελέσματα μελέτης βρέθηκε να επηρεάζονται άμεσα οι μαγνητικές ιδιότητες από τα χαρακτηριστικά της δομής. Το τελευταίο αποδεικνύει ότι η κρυσταλλική ποιότητα των υμενίων και η μορφολογία της διεπιφάνειας έχουν επίδραση στα φαινόμενα που μελετώνται.
description: The aim of the Master thesis is the growth and the structural characterization of epitaxial thin films, applied in magnonic devices. The samples’ development involves the preparation of magnetic superstructures and realized with the technique of Molecular Beam Epitaxy (MBE). Due to understanding the magnetic phenomena in individual level, structural analysis of the thin films was held, mainly by X-ray methods. In this direction, the maximum control of the magnons is pursued, for electronic applications. Specifically, four experimental procedures were completed, involving the development and the structural analysis of the samples. In all of the cases, a simple crystal of MgO was used as substrate, with the [100] growth direction. At first, two different temperatures (150οC and 300οC) was applied during the growing of the reference samples of Fe/MgO epitaxy. Subsequently, the main samples of Fe/Pt were studied, where the Pt thickness were changed from 3nm to 18nm. The two different growth temperatures was applied in this case too. Then, two variants of the main samples were carried out, wherein the first relates to the deposition of a thin dielectric film of MgO between the metals, and the other the replacement of Pt with other metals such as Au and Pd. To export conclusions for the thesis, it was studied the layers’ stratification, the crystalline quality of the films, the interface roughness, the existence of structure defects and the possibility of diffusion between the layers. The structural details were correlated with the growth conditions of the samples and it was found that the growing and annealing temperature and the physical properties of the components are important parameters in the development of the structures. The structural properties in comparison with the magnetic properties gave the main conclusion that the crystalline quality of the films and the surface morphology has a great influence in the magnetic phenomena that appear in the magnonic devices.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)