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Characterisation of ultrathin Ga:YIG films
Aram Sajdak
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Andrii Chumak
Mitbetreuer*in
Khrystyna Levchenko
DOI
10.25365/thesis.74892
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17732.38002.839324-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Spinwellen gewinnen als alternatives Informationsmedium im Feld der Magnonik zunehmend an Bedeutung. Yttrium-Eisen-Granat (YIG) ist aufgrund seiner außergewöhnlich geringen Dämpfung von Spinwellen eines der bekanntesten magnonischen Materialien. Um schnellere, isotrope Spinwellen zu erzeugen, hat sich der Fokus auf YIG-substituierte Materialien verlagert. Gallium-dotiertes YIG (Ga:YIG) ist ein vielversprechendes magnonisches Material, da es eine höhere Spinwellen-Gruppengeschwindigkeit, isotrope Spinwellen und eine intrinsische, senkrechte magnetische Anisotropie aufweist, die den Betrieb in niedrigen Magnetfeldern ermöglicht. Ziel ist die Untersuchung von Ga:YIG Filmen mit einer Dicke von etwa 100 nm. Dazu gehört die Konstruktion eines Wellenleiters und die Bestimmung der Anisotropiefelder und Relaxationsparameter mittels Breitband ferromagnetische-Resonanz (FMR) Spektroskopie. Zwei Wellenleiterdesigns wurden erstellt und in COMSOL Multiphysics mit dem Hochfrequenzmodul simuliert. Einer von ihnen wurde ausgewählt und dann in Altium Designer erstellt, um die Fertigungsdateien zu generieren. Der Wellenleiter wurde für die FMR-Spektroskopie verwendet, um eine YIG-Referenzprobe und zwei Ga:YIG-Proben zusätzlich zu vibrierende-Probe-Magnetometrie Messungen zu charakterisieren. Die FMR-Daten wurden in Origin 2019 analysiert. Es wurde festgestellt, dass die charakterisierten Ga:YIG-Proben eine geringe Gilbert-Dämpfung und inhomogene Linienbreitenverbreiterung, einen Bruchteil der anfänglichen Sättigungsmagnetisierung und eine hohe uniaxiale Anisotropie aufweisen, was zu einer senkrechten magnetischen Anisotropie führt. Diese Eigenschaften machen Ga:YIG zu einem weiteren Meilenstein auf der Suche nach dem besten magnonischen Material.
Abstract
(Englisch)
Spin waves attract increasing attention as an alternative information medium in the field of magnonics. Yttrium Iron Garnet (YIG) is one of the most widely known magnonic materials, due to its exceptionally low spin wave damping. For faster, isotropic spin waves, focus of the community has shifted to YIG-substituted materials. Gallium doped YIG (Ga:YIG) is a promising magnonic material, due to the higher spin wave group velocity, isotropic spin waves and its intrinsic perpendicular magnetic anisotropy, enabling operation in low bias fields. The objective is to examine films of Ga:YIG with a thickness of around 100 nm. This includes the design of an excitation waveguide and determining the anisotropy fields and relaxation parameters via broadband ferromagnetic resonance (FMR) spectroscopy. Two waveguide designs have been created and simulated in COMSOL Multiphysics with the Radio Frequency Module. One of them was selected and then recreated in Altium Designer to generate the fabrication files. The waveguide was used in the FMR spectroscopy to characterise one reference YIG sample and two Ga:YIG samples in addition to vibrating sample magnetometry measurements. The FMR data was analysed in Origin 2019. It has been found that the characterised Ga:YIG samples possess low Gilbert damping and inhomogeneous linewidth broadening, a fraction of the initial saturation magnetisation, and high uniaxial anisotropy, resulting in perpendicular magnetic anisotropy. These properties make Ga:YIG another milestone in the search for the best magnonic material.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Magnonik Gallium dotiertes Yttrium Eisen Granat ferromagnetische Resonanz Mikrowellentechnik
Schlagwörter
(Englisch)
Magnonics gallium doped Yttrium Iron Garnet ferromagnetic resonance microwave engineering
Autor*innen
Aram Sajdak
Haupttitel (Englisch)
Characterisation of ultrathin Ga:YIG films
Paralleltitel (Deutsch)
Charakterisierung von ultradünnen Ga:YIG Filmen
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
xii, 56 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Andrii Chumak
AC Nummer
AC17017200
Utheses ID
69330
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |