Zakład Cienkich Warstw

Cele badawcze

Niezależnie od badań podstawowych, których celem jest wyjaśnienie obserwowanych w układach cienkowarstwowych zjawisk fizycznych, podejmowane są również zadania dotyczące opracowywania technologii wytwarzania i określenia właściwości magnetycznych warstw charakteryzujących się parametrami atrakcyjnymi dla zastosowań.

Profil badawczy

Technologia wytwarzania układów warstwowych metodami rozpylania jonowego i ablacji laserowej w warunkach ultrawysokiej próżni, ich strukturyzacji metodą litografii elektronowej oraz charakteryzacji właściwości: strukturalnych (reflektometria i dyfrakcja rentgenowska, mikroskopia elektronowa, profilometr), magnetycznych zarówno statycznych (magnetometr z wibrującą próbką, histerezograf i mikroskop magnetooptyczny, stanowisko do pomiaru efektów magnetooporowych), jak i dynamicznych (szerokopasmowy rezonans ferromagnetyczny VNA-FMR).

Programy badawcze

Projekt MNiSW - Niekolinearna, magnetyczna struktura układów warstwowych NiFe/Au/Co/Au (2008-2009), kierownik - prof. F. Stobiecki
Projekt MNiSW - Magnetyczne struktury warstwowe z niekolinearnym rozkładem magnetyzacji - badania struktury magnetycznej i jej modyfikacja (2009-2012), kierownik - prof. F. Stobiecki
Projekt promotorski MNiSW - Wpływ bombardowania jonowego na własności magnetyczne układów warstwowych Ni₈₀Fe₂₀/Au/Co/Au (2009-2011), kierownik - prof. F. Stobiecki (doktorant - mgr inż. P. Kuświk)
Projekt MNiSW - Magnetyczne warstwy z anizotropią prostopadłą i gradientem pola koercji - technologia wytwarzania, właściwości i zastosowania (2012-2014), kierownik - dr inż. P. Kuświk
Projekt NCN - Ferromagnetyczne materiały dla kontrolowanego pozycjonowania ścian domenowych (2013-2016), kierownik - dr hab. M. Urbaniak
Projekt MNiSW - Sprzężenie wymienne w cienkich warstwach stopów Heuslera w kontakcie z antyferromagnetykiem (2010-2012), kierownik - dr hab. J. Dubowik, prof. IFM PAN
Polsko-Szwajcarski Program Badawczy - Nanoukłady elektroniki spinowej wykorzystujące transfer spinowego momentu pędu (2011-2016), koordynator lokalny - dr hab. J. Dubowik, prof. IFM PAN

Osiągnięcia naukowe

W latach 2009-2014 Zakład Cienkich Warstw realizował siedem projektów badawczych. Magnetyczne układy warstwowe złożone z warstw ferromagnetycznych przedzielonych warstwami niemagnetycznymi były przedmiotem czterech projektów badawczych zakończonych w latach 2008-2014 oraz jednego realizowanego aktualnie (projekty 1-5). Struktury te, np. wielokrotne warstwy (Au/Co)N, charakteryzowały się występowaniem anizotropii prostopadłej we wszystkich ferromagnetycznych subwarstwach lub występowaniem na przemian subwarstw z anizotropią prostopadłą i w płaszczyźnie układu, np. (Co/Au/Ni₈₀Fe₂₀/Au)_N

Zbadanie właściwości magnetycznych wielokrotnych warstw (Co/Au/Ni₈₀Fe₂₀/Au)_N (N-liczba powtórzeń) [M. Urbaniak et al., J. Appl. Phys. 101, 013905 (2007)] i wyjaśnienie mechanizmu odpowiedzialnego za indukowane polem magnetycznym oddziaływanie pomiędzy warstwami ferromagnetycznymi [F. Stobiecki et al., Appl. Phys. Lett. 102, 012511 (2008)]
Opracowanie metody magnetycznej strukturyzacji pozwalającej, w wyniku bombardowania jonowego przez dwuwymiarową maskę utworzoną z uporządkowanych kulek polistyrenowych, uzyskać jednorodną sieć sztucznych domen o submikronowych rozmiarach [P. Kuświk et al., Nanotechnology 22, 095302 (2011), P. Kuświk et al., Nanotechnology 23, 475303 (2012)]
Zaproponowanie nowych konstrukcji sensorów magnetooporowych. [M. Matczak et al., Appl. Phys. Lett. 100, 162402 (2012), F. Stobiecki et al., patent nr 2175572009-10-20]
Opracowanie metody pozwalającej, w wyniku bombardowania jonowego, na uzyskanie gradientu anizotropii prostopadłej w płaszczyźnie warstwy i wykazanie, że w takiej strukturze można wytworzyć pojedynczą, prostą ścianę domenową oraz kontrolować jej propagację jednorodnym polem magnetycznym [M. Urbaniak et al., Phys. Rev. Lett. 105, 067202 (2010)]
Zbadanie oddziaływań (magnetostatycznych i wymiennych) w strukturach warstwowych z anizotropią prostopadłą [M. Matczak et al., J. Appl. Phys. 114, 093911 (2013)]. Najważniejsze osiągnięcia związane z projektami 6 i 7:
Wyjaśnienie korelacji pomiędzy wielkością anizotropii jednozwrotowej (exchange bias) i wartościami całek wymiany dla wybranych stopów Heuslera w kontakcie z antyferromagnetykiem [J. Dubowik et al., J. Appl. Phys. 113, 193907 (2013)] oraz zaproponowanie prostego mikromagnetycznego wyjaśnienia zjawiska sprzężenia wymiennego (exchange coupling) w strukturach typu ferromagnetyk/antyferromagnetyk
Zaobserwowanie znacznego (dziesięciokrotnego) wzmocnienia intensywności sygnału rezonansu ferromagnetycznego dla struktur podwójnych zaworów spinowych osadzanych na buforze metalicznym o grubości 40 - 50 nm, w porównaniu z wielkością sygnału od struktur bez bufora. Różnicę sygnału zweryfikowano jako wynik ekranowania pola elektromagnetycznego przez linię CPW (coplanar waveguide) służącą jednocześnie do generacji i detekcji rezonansowej absorpcji mikrofalowej. Efekt ten może mieć znaczenie dla zastosowań w urządzeniach spintronicznych w zakresie mikrofal [H. Głowiński et al., J. Appl. Phys. 116, 053901 (2014)].