Doktorsvörn í eðlisfræði - Movaffaq Kateb

Doktorsefni: Movaffaq Kateb

Heiti ritgerðar: Spönuð einása seguláttun í einkristölluðu, fjölkristölluðu og ofurgrindum úr permalloy / Induced uniaxial magnetic anisotropy in polycrystalline, single crystal and superlattices of permalloy

Andmælendur:
Dr. Sigurður Ingi Erlingsson, prófessor við Háskólann í Reykjavík.
Dr. Victor Kuncser, yfirmaður rannsóknastofu í seglun og ofurleiðni, Þjóðarstofnun í efniseðlisfræði, Búkarest í Rúmeníu.

Leiðbeinandi: Dr. Snorri Þorgeir Ingvarsson, prófessor við Raunvísindadeild.

Einnig í doktorsnefnd: Dr. Jón Tómas Guðmundsson, prófessor við Raunvísindadeild.
Dr. Friðrik Magnus, vísindamaður við Raunvísindastofnun Háskólans.

Doktorsvörn stýrir: Dr. Oddur Ingólfsson, prófessor og deildarforseti Raunvísindadeildar.

Ágrip

Permalloy Ni80Fe20 samsetning (Py) er vel þekktur járnsegull, notaður í anisotropic magnetoresistance og planar Hall effect skynjara ásamt því að vera nýttur í leshausa harðra diska í tölvum og í segulminni. Þessar hagnýtingar reiða sig á einása seguláttun í permalloy þunnhúðum. Ýmsar aðferðir hafa verið þróaðar til þess að ná einása seguláttun í efninu, svo sem að setja á segulsvið við bökun eftir ræktun, á meðan á ræktun stendur, eða við jónaágeislun. Einnig með ræktun undir hvössu horni og, í síðasta lagi, aflfræðileg bjögun. Á meðal þessara aðferða hefur mest verið beitt ræktun undir hvössu horni, en eitt ræktunartækið er einmitt þannig hannað að ræktun fer öll fram undir hvössu horni.
Í fyrsta hluta þessa verkefnis voru borin saman áhrif ræktunar undir hvössu horni og beitingu segulsviðs á spönun einása seguláttunar og sýnt að í samkeppni þeirra á milli hafði fyrri aðferðin betur (grein I). Einnig kom í ljós að ræktun undir hvössu horni veldur mjög vel skilgreindri einása seguláttun, jafnvel á breiðu sviði ræktunarþrýstings (grein II). Þar sem spættar jónir gætu skondrað af undirlaginu við háan ræktunarþrýsting, í stað þess að festast, þá nýtum við háaflspúlsaða segulspætun (HiPIMS) til þess að auka orku þeirra og viðhalda þannig háum massaþéttleika og mjúkri segulhegðun Py húðanna. Þá er sýnt hvernig mjög góðri einása seguláttun var náð í röð Py-sýna af mismunandi þykkt. Það var án nokkurar sjálfskýlingar eða hallandi frumeindauppröðunar, hvort tveggja skýringar sem notaðar hafa verið fyrir uppruna einása seguláttunar (grein III). Hvorug þeirra getur hins vegar verið ástæða seguláttunar í okkar Py húðum. Í næsta fasa verkefnisins voru því ræktaðar einkristallaðar Py húðir á (001) MgO, undir hvössu horni og bornar saman dc segulspætun (dcMS) og HiPIMS (grein IV). Á grundvelli röntgenmælinga (XRD) og rafviðnámsmælinga getum við sagt að einkristallaðar húðir ræktaðar með dcMS leiði til reglulegrar kristalbyggingar með L12 Ni3Fe ofurgrind en mikill ræktunarhraði í HiPIMS (meira en 50-faldur dcMS ræktunarhraði meðan á púlsi stendur) gefur óreglulegri kristalbyggingu. Það kom á óvart að einkristallaðar húðir ræktaðar með HiPIMS höfðu einása seguláttun í ⟨001⟩ stefnu. Hins vegar leiddi reglulega kristalbyggingin sem kom með dcMS ræktun til tvíása seguláttunar í ⟨011⟩ stefnur, sem rímar við að seguláttun í bolefninu er í ⟨111⟩ stefnur, en er þvinguð niður í planið af afsegulmögnunarþættinum vegna lögunar þunnhúðarinnar. Vert er að nefna að hvorki segulsvið í ræktun né bökun að lokinni ræktun dugðu til að spana einása seguláttun í ⟨001⟩ stefnu. Það kann að stafa meðal annars af því að við ræktun einkristalla er notaður mjög lágur ræktunarhraði. Því verður ekki næg óregla í byggingunni til þess að valda einása seguláttun. Sýnt var síðar að jafnvel þótt mjög erfitt sé að nema óreglu í frumeindaröðun með XRD í fjölkristölluðum húðum má nota rafviðnámsmælingar til þess að segja eitthvað til um uppruna einása seguláttunar (grein V). Við sýndum að eðlisviðnám húðar sem var ræktuð í segulsviði er í lágmarki í stefnu harða segulássins en í hámarki í stefnu auðvelda segulássins. Við færum rök fyrir þessu með röðun frumeindanna Ni og Fe í stefnu auðvelda seguláss húðarinnar.
Til þess að rannsaka áhrif yfirborðs eða yfirborðsáttun útbjuggum við marglög, sem innihalda Py, með dcMS og HiPIMS. Við sýndum að það er hægt að fá mjög skörp, vel skilgreind, skil með HiPIMS aðferð. Þessu fylgir hins vegar töluverð bjögun efnisins í tilfellinu Py/Pt sem eykur COERCIVITY og eykur á segulheldni eftir erfiða segulásnum. Ef notað er Cu eða CuPt í stað Pt fæst vel skilgreind einása seguláttun.

Um doktorsefnið

Movaffaq lauk námi í efnisfræði frá Amirkabir University of Technology í Teheran í Íran þar sem hann fékkst við líkangerð og hermireikninga á eðlisfræðilegum eiginleikum nanókerfa. Hann lauk meistaranámi í nanóverkfræði frá Tarbiat Modares University í Teheran og var meðlimur í sterkum rannsóknahópi á sviði nanótækni.

Movaffaq er kvæntur Sahar Safarian og eiga þau þrjá syni: Amirhossein, Taha og Yasin.