Confinement phenomena in chiral ferromagnetic films

Datum: 11 januari 2019

Locatie: Campus Drie Eiken, Promotiezaal Q0.02 - Universiteitsplein 1 - 2610 Antwerpen-Wilrijk (route: UAntwerpen, Campus Drie Eiken)

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Jeroen Mulkers

Promotor: Milorad Milosevic, Bartel Van Waeyenberge

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Jeroen Mulkers - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

Er is een groeiende vraag naar meer geheugencapaciteit en meer rekenkracht in ICT toestellen. Bovendien moeten deze toestellen ook nog energiezuinig zijn. Om aan deze groeiende vraag tegemoet te komen is het van essentieel belang om de eigenschappen van nieuwe materialen te bestuderen. Zo is ook het onderzoek op magnetische materialen nodig voor de verdere ontwikkeling van magnetische opslagmedia en rekenapparatuur. Afgelopen decennia is onder meer onderzocht hoe chirale magnetische films gebruikt kunnen worden in ICT toepassingen. In deze thesis hebben we aan dit onderzoek bijgedragen door te bestuderen hoe de magnetisatie van deze films wordt beïnvloedt door grensvlakken en materiaalkoppelingen.

De magnetische grondtoestand van dunne ferromagnetische films met een loodrechte magnetische anisotropie is uniform op nanoschaal; enkel op grote lengteschalen kunnen domeinen met een opwaartse of neerwaartse magnetisatie opduiken. In chirale magnetische films is de magnetisatie bovendien onderhevig aan de Dzyaloshinskii-Moriya interactie (DMI). Deze interactie bevordert rotaties in de magnetisatieconfiguratie op een kleine lengteschaal. Wanneer de interactie sterk genoeg is kan dit leiden tot de stabilisatie van magnetisatieconfiguraties die bestaan uit chirale structuren zoals cycloïdale en helicoïdale structuren, en skyrmionen.

In deze thesis hebben we aangetoond hoe magnetische structuren zoals domeinmuren en skyrmionen ingeperkt kunnen worden in kleine magnetische plaatjes en strips. Ook in heterochirale films met een inhomogene DMI sterkte vinden we een gelijkaardige inperking van magnetische structuren. In beide gevallen leidt de aanwezigheid van grensvlakken tot meerdere stabiele magnetisatieconfiguraties. Verder hebben we, op basis van symmetrie argumenten, aangetoond dat het boven- en ondervlak van een ferromagnetische film een additionele chirale interactie kan veroorzaken die leidt tot een 3D vervorming van de magnetisatieconfiguratie.

Naast de statische magnetisatieconfiguraties hebben we ook het niet-reciproke gedrag van magnetisatiegolven bestudeerd in heterochirale magneten. Op het grensvlak tussen twee gebieden met een verschillende DMI sterkte zien we een niet-triviale breking van de magnetisatiegolven. Door de welbekende wet van Snell te veralgemenen kunnen we deze breking correct theoretisch beschrijven.



Link: https://www.uantwerpen.be/wetenschappen