FeGa ince filmlerinin ultrahızlı manyetizasyon dinamiklerinin incelenmesi
Investigating ultrafast magnetization dynamics of FeGa thin films
Yazar: MERVE CANSU ÖZTEN
Danışman: PROF. DR. HALİME GÜL YAĞLIOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasının konusu, son yılların popüler araştırma konularından birisi olan 
ultrahızlı manyetizasyon dinamikleri üzerinedir. Tez çalışmasının amacı, FeGa ince 
filminin ultrahızlı manyetizasyon dinamikleri üzerine araştırmalar yapmaktır. Tez 
çalışmasının birinci aşaması FeGa ince filmlerinin üretimi ve karakterizasyonu, ikinci 
aşaması ise FeGa ince filminin ultrahızlı manyetizasyon dinamiklerinin deneysel olarak 
incelenmesi ve sonuçların yorumlanması üzerinedir. Birinci aşamada, FeGa ince filmleri 
manyetik alanda saçtırma tekniği kullanarak üretilmiştir. Üretilen FeGa ince filmlerinin 
kalınlıklarının ve kimyasal kompozisyonlarının belirlenmesi için taramalı elektron 
mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı x-ışını spektroskopisi (EDX) kullanılmıştır. Bu 
ince filmlerin kristal yapısını belirlemek için x-ışını difraktometresi (XRD) kullanılarak 
analiz yapılmıştır. İnce filmin manyetik özelliklerinin incelenmesi için titreşimli örnek 
manyetometresi (VSM) cihazı ile ölçüm alınmıştır. Manyetik saçtırma ile üretilen ince 
filmlerin EDX ve SEM analizi sonuçlarına göre hedeflenen Fe80Ga20 alaşımının ince film 
olarak üretilebildiği gösterilmiştir. İkinci aşamada, üretilen ince filmlerin ultrahızlı 
manyetizasyon dinamiklerini araştırmak için Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği 
Bölümü'nde bulunan zaman çözünürlüklü manyeto-optik Kerr etkisi (TR-MOKE) deney 
düzeneğinde ölçümler alınmıştır. Ölçüm sonuçlarının, literatürde ferromanyetik 
malzemeler için elde edilen demanyetizasyon zaman değerleri ile aynı mertebede olduğu 
görülmüştür. Demanyetizasyon zamanı ve gözlenen manyetizasyon kaybının maksimum 
değerinin lazer akısı ile nasıl değiştiği incelendiğinde ise, bu iki parametrenin de lazer 
akısı ile doğru orantılı olarak arttığı ve FeGa ince filminde demanyetizasyon süreçlerinde 
spin-flip saçılmasının baskın süreç olduğunu görülmüştür. Bu çalışmalar doğrultusunda 
elde edilen sonuçlar, ince filmlerin manyetik olarak lazer ile kontrol edilebileceği ve bu 
kontrolün ne kadar hızlı gerçekleşebileceğinin anlaşılması bakımından yarar 
sağlayacaktır.

Abstract:
The subject of this thesis is ultrafast magnetization dynamics, which is one of the popular 
research topics of recent years. The aim of the thesis is to conduct research on the ultrafast 
magnetization dynamics of FeGa thin film. The first phase of the thesis is on the 
production and characterization of FeGa thin films, and the second phase is on the 
experimental investigation of the ultrafast magnetization dynamics of the FeGa thin film 
and the interpretation of the results. In the first stage, FeGa thin films were produced 
using magnetic field sputtering technique. Scanning electron microscopy (SEM) and 
energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) were used to determine the thickness and 
chemical composition of the produced FeGa thin films. Analysis was performed using    
X-ray diffractometer (XRD) to determine the crystal structure of these thin films. To 
examine the magnetic properties of the thin film, measurements were taken with a 
vibrating sample magnetometer (VSM) device. According to the EDX and SEM analysis 
results of thin films produced by magnetic sputtering, it has been shown that the targeted 
Fe80Ga20 alloy can be produced as a thin film. In the second stage, measurements were 
taken in the time resolved magneto-optical Kerr effect (TR-MOKE) experimental setup 
at Ankara University, Department of Physics Engineering, to investigate the ultrafast 
magnetization dynamics of the produced thin films. It was observed that the measurement 
results were at the same level as the demagnetization time values obtained for 
ferromagnetic materials in the literature. When examining how the demagnetization time 
and the maximum value of the observed magnetization loss change with the laser flux, it 
was seen that these two parameters increased in direct proportion to the laser flux and 
spin-flip scattering was the dominant process in the demagnetization processes in the 
FeGa thin film. The results obtained from these studies will be beneficial in terms of 
understanding that thin films can be controlled magnetically with lasers and how quickly 
this control can be achieved.