Skupina magnetismu povrchů a rozhraní / Laboratoř feromagnetické rezonance

O d d ě l e n í m a g n e t i s m u a n í z k ý c h t e p l o t
P r a c o v i š t ě S l o v a n k a

Skupina magnetismu povrchů a rozhraní /
Laboratoř feromagnetické rezonance
Zdeněk Frait

Naše laboratoř se zabývá magnetickou spektroskopií nizkoenergetických magnonů, což je honosný název shrnující metody mikrovlnné spektroskopie, jako feromagnetická rezonance (FMR), spin-elektronová rezonance, spin-vlnová rezonance a rezonance stojatých spinových vln. Tyto metody charakterizace magnetických materiálů mají řadu předností, pro které jsou často užívány při zkoumání moderních magnetických materiálů:

FMR (a ostatní uvedené metody) téměř nenarušují energetický stav vzorku. Teplotní ekvivalent energie mikrovlnného fotonu dosahuje totiž teploty pouze cca 0,6 K.
FMR měří přímo efektivní objemovou magnetizaci a ne magnetický moment. Nedochází tedy k ovlivnění např. nepřesným měřením objemu magnetického materiálu nebo magnetickým chováním substrátu apod.
FMR je schopna určit celou řadu důležitých charakteristik materiálů, jako např: g-faktor (poměr spinového a orbitálního příspěvku magnetických momentů), tlumicí konstantu (dobu života excitací spinového systému), sílu výměnné interakce, konstanty anizotropií nejrůznějších původů, energii mezivrstevné výměnné interakce v superstrukturách atd.
FMR je velmi citlivá metoda, schopná pracovat i na vzorcích vážících méně než jeden mikrogram a tenkých jenom několik atomových rovin. Proto je hojně užívána pro studium nizko-dimenzionálních systémů (tenkých vrstev, multivrstev, mikrodrátů a nanostruktur).

Experimentální zařízení

klasický elektromagnet Varian 3800 (magn. pole -1 až 31 kG)
unikátní širokopásmový FMR spektrometr (frekvenční rozsah mikrovln 8-104 GHz). Mnoho příslušenství:
- měření anizotropie (in-plane, out-of-plane)
- měření magnetoelastických vlastností deformací vzorku
- kryostat pro nízkoteplotní měření (až do 4 K)
- pec pro vysokoteplotní měření (do 700 K).
vysoce přesný systém pro měření frekvence mikrovlnného záření (do 100 GHz přesnost 8 digitů).

Foto Petr Sturc

Výzkum

Tenké vrstvy, multivrstvy, nanostruktury

Problematika tenkých vrstev, superstruktur, nanostruktur a paternovaných vzorků je naším hlavním zájmem. Studujeme teoreticky i experimentálně širokou paletu tenkovrstevných struktur materiálů Fe/Au, Co/Au, Cu/Pt, Fe/Cr, Fe/Si, Fe/FeSi a některé Fe/RE systémy. Experimentálně sledujeme excitace a šíření magnonů v těchto kovových feromagnetech a dovozujeme vliv vnějších a technologických parametrů na výměnnou konstantu, anizotropii, mezivrstevnou interakci, tlumení, g-faktor atd. K vyhodnocení některých měření užíváme naše původní teorie excitací spinového systému.

Amorfní a nanokrystalické materiály

Ve spolupráci s dalšími laboratořemi studujeme široké spektrum amorfních a nanokrystalických materiálů, jako např. slitiny FeNi, FeCo a CuCo. Zajímáme se zejména o jejich magnetoelastické vlastnosti a původ povrchové anizotropie a okolnosti generace povrchových spin-vlnových módů.

Aplikace, GMR a senzory

V posledních letech se intenzivně zabýváme studiem materiálů majících potenciální aplikační využití, jako např. GMR magnetické senzory nebo nanostrukturální záznamová media. Jev GMR zejména v systémech Fe/Si, Fe/FeSi a Fe/Cr byl studován. Jako "by-product" jsme vyvinuli metodu bezkontaktního měření diferenciálního GMR jevu v oblasti mikrovln.

Kooperace

Elektrotechnický ústav, Slovenská akadémia vied, Bratislava, Slovensko
AG Festkörperspektroskopie, Fakultät für Physik und Astronomie,Ruhr-Universität Bochum, Bochum, Německo
Institut für Halbleiterphysik und Optik, Technische Universität Carolo-Wilhelmina, Braunschweig, Německo
Department of Physics, Colorado State University, Fort Collins, USA
Department of Physics, Simon Fraser University, Burnaby, Kanada

Granty

2000-2004: Correlation of structure and magnetism in novel nanoscale magnetic particles
Human Potential-Research and Training Network, European Community
1998-2000: Composite nanogranular magnetic materials
GA ČR 202/98/1292
2000-2003: Garnet thin films with minimum losses
National Science Foundation (US)

Poslední publikace

J.F. Cochran, A. Kurn and Z. Frait:
A comparative study of FMR and Brillouin light scattering on amorphous Fe₄₀Ni₄₀B₂₀
J. Magnetism and Magnetic Materials, Volume 210, Issue 1-3, February 2000
Z. Frait, P.Sturc, K. Temst , Y. Bruynseraede, I.Vavra:
Microwave and d.c. differential giant magnetoresistance study of iron/chromium superlattices
Solid State Communications 112 (1999) 569-573