Çok tabakalı ince filmlerin yapısal, elektriksel, manyetik özelliklerinin incelenmesi ve spintroniğe uygulanması
The investigation of multi layer film of structural, electrical and magnetic properties and applied to spintronic
Yazar: ERCÜMENT YÜZÜAK
Danışman: PROF. DR. YALÇIN ELERMAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Ferromanyetik alaşımlar = Ferromagnetic alloys ; Manyeto = Magneto ; Termomanyetik = Thermomagnetic

Özet:
Bu tez çalışmasında, manyetik alanda sıçratma yöntemi ile farklı kalınlıklarda (10, 20, 35, 50, 100, 200 nm)  ve kompozisyonlarda elde edilen Ni-Mn-Sn manyetik ince filmlerin yapısal, topografik, elektriksel ve manyetik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca incelenilecek olan sistemin teorik bant hesaplarıyla, spin kutuplanmaları, manyetik moment değerleri ve sistemde tetragonal bir yapı kusuru yaratıldığında yapısal faz geçiş sıcaklıkları kestirilmiştir. Ni-Mn-Sn manyetik ince filmlerinin yapısal özellikleri Philips marka X-ışını kırınım metresiyle (XRD-XRF-XRR), NT-MDT marka Taramalı Uç Mikroskobu (AKM), manyetik kuvvet mikroskobu (MKM) ve FEI marka geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ile incelenmiştir. XRD tekniğiyle, oda sıcaklığında tek fazlı ve homojen manyetik ince filmlerin elde edildiği bulunmuştur. XRF ile Ni50Mn34Sn16 ve Ni50Mn35Sn15 kompozisyonunda 2 tip örnek elde edilmiştir. XRR ile de örneklerin yüzey pürüzlülüğünün 1 nm civarlarında olduğu bulunmuştur. XRD, XRF ve XRR ile uygun olduğu belirlenen manyetik ince film için sıcaklığa bağlı TEM ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Buna göre, 100nm kalınlığında ve Ni50Mn35Sn15 kompozisyonunda elde edilen manyetik ince filmin oda sıcaklığında L21 kübik fazda, düşük sıcaklıklarda (100 K) ise L10 fazında olduğu TEM elektron kırınım tekniğiyle tespit edilmiştir.
200 nm kalınlığında ve Ni50Mn34Sn16 kompozisyonunda elde edilen manyetik ince filmin sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümleriyle yapısal ve manyetik faz geçiş sıcaklıkları ve manyetik moment değerleri belirlenmiştir. Bu sıcaklıklar yakınlarında yapılan manyetik alan bağlı mıknatıslanma ölçümleriyle, manyetokalorik etkinin büyüklüğü (manyetik entropi değişimi) bulunmuştur. Manyetik entropi değişim değeri 1T'lık dış manyetik alan altında 1.6 J/Kg.K olarak Maxwell denklemleri yardımıyla hesaplanmıştır. Bulunan artı manyetik entropi değişim büyüklüğü bu tür manyetik ince filmlerde literatürde ilk defa gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışması sırasında yapılan tüm hesaplamalar ve deneysel bulgular Ni-Mn-Sn Heusler sisteminin spintronik ve minyatür soğutma uygulamalar için uygun ve yeterli özelliklere sahip olduğu ortaya koymuştur.

Abstract:
In this thesis, magnetic Ni-Mn-Sn thin films were deposited  using magnetron sputtering with different thicknesses (10, 20, 35, 50, 100, 200 nm).  The structural, topographical, electrical and magnetic properties were investigated with different techniques. In addition, the theoretical bandwidth of the system, spin polarization and magnetic moment values and the system structure of tetragonal structural phase transition temperatures were estimated defect is created in terms of SPR-KKR and Qauntum Espresso program. Ni-Mn-Sn structural characteristics of magnetic thin films Philips X-ray diffraction meter (XRD-XRF-XRR), the brand of NT-MDT Scanning Probe Microscope (AFM), magnetic force microscopy (MFM) and FEI brand, transmission electron microscopy (TEM) were examined. XRD technique, single-phase, homogeneous magnetic thin films at room temperature was obtained. XRF composition of the two types of sample can be obtained with the Ni50Mn34Sn16 and Ni50Mn35Sn15 observed. surface roughness of the samples was found to be at around 1.5 nm from XRR. XRD, XRF and XRR to comply with the TEM measurements of the magnetic thin films was carried out for the temperature-dependent. Accordingly, the composition of the resulting magnetic thin film 100nm thickness and L21 cubic phase at room temperature, at low temperatures (100 K) from TEM electron diffraction technique has been found that the L10 phase.
The thickness of 200nm and composition of the obtained Ni50Mn34Sn16 temperature magnetization measurements of the magnetic thin film, structural and magnetic phase transition temperatures and magnetic moment were determined. These temperatures near the magnetization measurement in applied magnetic field, the magnitude of the magnetocaloric effect (magnetic entropy change) were found. Under the external magnetic field 1T, the magnetic entropy change value 1.6 J / kg.K calculated using the Maxwell's equations. Furthermore, the magnitude of the magnetic entropy change in this kind of magnetic thin films has been observed for the first time in the literature. As a result, all the calculations and experimental findings in this thesis, Ni-Mn-Sn Heusler system is to Spintronic and miniature cooling system with enough features and is suitable for applications has revealed.