Aplikace nanomanipulačních SPM technik při tvorbě magnetických nanostruktur.

Mgr. Lenka PRAVDOVÁ

Disertační práce

The application of SPM nanomanipulation techniques at the formation of magnetic nanostructures

Anotace:

Hlavní náplní této dizertační práce bylo určit možnosti litografie pomocí technik mikroskopie skenující sondou s důrazem na změnu magnetických vlastností substrátu. Práce zahrnuje přípravu vlastních substrátů pro tyto aplikace. Vrstvy byly připraveny metodou dip-coating. Bylo experimentálně ověřeno, že tloušťka nanesené vrstvy odpovídá přímo úměrně rychlosti tažení substrátu z koloidu. Morfologie nanesených vrstev se lišila v závislosti na použitém koloidu a tloušťce vrstvy. Substráty byly charakterizovány mikroskopií skenujících elektronů a mikroskopií atomárních sil. Metodou magnetronového naprašování byly připraveny jak jednoduché vrstvy, tak multivrstvy z materiálů Fe, Co, Cu, Al. Tyto multivrstvy byly charakterizovány mikroskopií atomárních sil a magnetooptickým Kerrovým jevem. Studium naprašování materiálu přes šablony různého materiálového složení ukázalo, že nejvhodnějším typem šablony jsou kovové mřížky, které se kontaktem s naprašovaným materiálem dále nedeformují. Na naprášené substráty byla aplikována silová a oxidační litografie zprostředkovaná přístrojem Ntegra Aura v příslušných pracovních režimech, který umožňuje i okamžitou kontrolu výsledků aplikace. Během provádění oxidační litografie byly pozorovány i různé artefakty zobrazení a tvorby struktur. Studiem substrátů (tenké vrstvy Co, Fe, 5 nm Co/5 nm Fe/5 nm Co aj.) bylo zjištěno, že je lokální oxidace opakovaně účinná pouze na materiálové kombinaci Co/Fe/Co. Následná magnetická měření mikroskopií magnetických sil však prokázala změnu fázové odezvy závislou pouze na změně topografie, nikoliv na změně magnetických vlastností zoxidovaného materiálu. Měření heterostrukturních materiálů pomocí magnetooptického Kerrova jevu potvrdilo, že vložení nemagnetického materiálu do struktury Fe/[Co/Cu]5 Co/Fe vede ke změně magnetické odezvy. Byla experimentálně ověřena příprava vlastních hrotů pro využití v mikroskopech skenující sondou, konkrétně příprava chemickým leptáním wolframových a platino-iridiových drátů

Abstract:

The main aim of this thesis was to determine the possibilities of lithography using scanning probe microscopy techniques with the emphasis on the changes of the substrate magnetic properties. The work includes preparation of our substrates for these applications. The layers were prepared by dip-coating method. It was experimentally verified that the deposited layer thickness is directly proportional to the drawing speed of the substrate out of the colloid. The morphology of the deposited films varied depending on the colloid and the layer thickness. The substrates were characterized by scanning electron microscopy and by atomic force microscopy. Single layer and multilayer coatings of Fe, Co, Cu, Al were prepared using magnetron sputtering method. These multilayers were characterized by atomic force microscopy and by the magneto-optical Kerr phenomenon. The study of the material sputtering through a template of various material compositions shown that the most appropriate type of the templates are metal grids, which in contact with sputtered material are not further deformed. On the sputtered substrates the force and the oxidation lithography was applied using the Ntegra Aura apparatus in the respective operating modes, which also enables instant checking of the result. During the proceeding of the oxidation lithography various imaging artifacts and structure formations were observed. It was found by studying the substrates (thin layers of Co, Fe, Co 5 nm/5 nm Fe/5 nm Co etc.) that the local oxidation lithography is repeatedly effective only on the material combination Co/Fe/Co. The subsequent magnetic forces microscopy measurements, however demonstrated that the phase response change is dependent only on the change of the topography and not on the magnetic properties change of the oxidized material. The heterostructure material measurement using the magneto-optical Kerr effect confirmed that the insertion of the nonmagnetic material into the structure of the Fe/[Co/Cu]5Co/Fe leads to a change of the magnetic response. Our own preparation of tips for the use in a scanning probe microscope was experimentally verified, namely the preparation by chemical etching of a tungsten and platinum-iridium wire.

Klíčová slova

lokální anodická oxidace, magnetronové naprašování, dip-coating, litografie přes šablonu, leptání wolframových hrotů

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 27. 4. 2017

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. RNDr. Roman Kubínek, CSc.

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Fyzika / Aplikovaná fyzika