Geçiş metali katkılı l10-FePt manyetik ince filminde manyetizasyon dinamiklerinin incelenmesi
Investigation of magnetisation dynamics l10-FePt magnetic thin films doped with transition metals
Yazar: ÇAĞRI BEŞE
Danışman: PROF. DR. HALİME GÜL YAĞLIOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Manyetik ince filmlerde manyetizasyonun ultra hızlı şekilde manipüle edilebilme olasılığı, hem temel bilim açısından, hem de manyetik kayıt teknolojisi ve spintronik gibi teknolojik uygulamalar açısından heyecan verici sonuçlar doğurmaktadır. Bu nedenle farklı manyetik malzemelerin ultra hızlı manyetizasyon süreçlerinin deneysel olarak incelenmesi bu iki alana da katkı verecektir. Bu tez çalışmasında, gösterdiği yüksek manyetik anizotropi nedeniyle manyetik kayıt teknoloji için ilgi çekici bir malzeme olan FePt ince filmlerinin ultra hızlı manyetizasyon süreçleri araştırılmıştır. FePt, üretim koşullarına ve uygulanan ısıl işleme bağlı olarak L10 ve A1 adı verilen iki farklı faza sahip olabilir. L10 fazının manyetik anizotropisi yüksek iken, A1 fazı düşük manyetik anizotropiye sahiptir. Bu tez çalışması kapsamında, bu iki fazın manyetizasyon dinamiklerinin karşılaştırılması için ultra hızlı zaman çözünürlüklü manyeto optik Kerr etkisi (TR-MOKE ) yöntemi kullanılmıştır.
Bu amaçla, Si alttaş üzerine biriktirilen 240 nm kalınlığındaki Cu katkılı FePt ince filmleri üretilmiş, yapısal, kimyasal ve manyetik karakterizasyonları, x-ışını kırınımı, taramalı elektron mikroskobu ve titreşimli örnek manyetometrisi ile incelenmiştir. Bu tez kapsamında gerçekleştirilen TR-MOKE çalışmaları, kristal yapıdaki düzensizliğin ultrahızlı demanyetizasyon dinamikleri üzerinde büyük etki oluşturduğunu göstermiştir.  A1 fazında deneysel olarak tespit edilen demanyetizasyon süresinin (τm), literatürde verilen L10  düzenli yapının demanyetizasyon süresine kıyasla yaklaşık üç kat daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Bu durum, Fermi enerjisi etrafındaki durum yoğunluğunun azalmasıyla ilişkili olan A1 fazının zayıf spin-yörünge çiftlenimi ilgili olabilir. Ayrıca, A1 fazının L10'a göre gösterdiği düşük Gilbert sönümlemesi de, A1 fazındaki bu davranışlardan sorumlu olabilir. Bu çalışma, manyetik ince filmlerde kristal yapı düzensizliğinin, üç sıcaklık modelindeki (3TM) sistemler arasındaki ısı transferlerini etkileyebileceğini göstermektedir.

Abstract:
The possibility of ultrafast manipulation of magnetisation in magnetic thin films has exciting implications for both fundamental science and technological applications such as magnetic recording technology and spintronics. Therefore, experimental investigation of ultrafast magnetisation processes of different magnetic materials will contribute to both of these fields. In this thesis, the ultrafast magnetisation processes of FePt thin films, which is an interesting material for magnetic recording technology due to its high magnetic anisotropy, were investigated. FePt can have two different phases called L10 and A1 depending on the production conditions and heat treatment applied. While the magnetic anisotropy of the L10 phase is high, the A1 phase has low magnetic anisotropy. In this thesis, the ultrafast time-resolved magneto-optical Kerr effect (TR-MOKE) method was used to compare the magnetisation dynamics of these two phases.
For this purpose, 240 nm thick Cu-doped FePt thin films deposited on Si substrate were fabricated and their structural, chemical and magnetic characterisations were investigated by x-ray diffraction, scanning electron microscopy and vibrating sample magnetometry. TR-MOKE studies carried out within the scope of this thesis have shown that the disorder in the crystal structure has a great effect on ultrafast demagnetisation dynamics.  It is observed that the experimentally determined demagnetisation time (τm) in the A1 phase is about three times higher compared to that of the L10 ordered structure given in the literature. This may be related to the weak spin-orbit coupling of the A1 phase, which is associated with the decrease of the density of states around the Fermi energy. Moreover, the low Gilbert damping of the A1 phase with respect to L10  may also be responsible for these behaviours in the A1 phase. This study shows that crystal structure disorder in magnetic thin films can affect the heat transfers between systems in the three temperature model (3TM).