Development of a Surface Magneto-Optic Kerr Effect Setup

Studenteropgave: Speciale (inkl. HD afgangsprojekt)

  • Kristian Bonderup Pedersen
  • Rasmus Bjørn
4. semester, Nanoteknologi, Kandidat (Kandidatuddannelse)
Fremskridtet indenfor teknologi har medført en stadigt stigende interesse indenfor magnetiske nanostrukturer. Eftersom disse magnetiske nanostrukturer har fundet anvendelse indenfor harddisk og magnetisk sensor teknologi, er kravene til størrelse og kontrol af reorientering af magnetiske momenter stigende. På grund af dette følger det at en metode til at karakterisere disse nanostrukturer er nødvendig. I årtier er netop den magneto-optiske Kerr effekt blevet anvendt til karakterisering af magnetiske film. Ved at kombinere konceptet med et UHV kammer, opnår man ydermere en metode til at karakterisere magnetiske egenskaber af strukturer i tyndfilm med en tykkelse i størrelsesordenen af et monolag. Derfor er den primære opgave af projektet at udvikle et overflade magneto-optisk Kerr effekt setup der kan tilpasses til et eksisterende UHV kammer. Anden del af projektet udgør en validering
systemets funktionalitet, hvilket gøres igennem Kerr effekt målinger på Co tyndfilm.
Generelt er projektet delt i tre: indledende teori, design og udvikling af systemetet og endelig validering af systemet igennem Kerr effekt målinger på Co tyndfilm. Den indledende teori indeholder afsnit, som er nødvendige for at forstå koncepter som magneto-optisk Kerr effekt og magnetiske egenskaber af tyndfilm. Indledningsvis introduceres de basale størrelser indenfor magnetismen i en semiklassisk/statistisk mekanisk adgangsvinkel. Herefter betragtes magnetisme i tyndfilm ud fra anisotropi. Endeligt diskuteres konceptet magnete-optisk Kerr effekt og der redegøres for hvordan en opstilling der udnytter det kunne konstrueres.
Det ønskes at tilpasse opstillingen til et eksisterende UHV kammer der allerede indeholder en fordamper, masse spektrometre, LEED og et skannende tunnel mikroskop. For at simplificere design fasen af systemet blev en simplere indledende opstilling konstrueret hvor alt er placeret udenfor vakuum. Dette setup tjente også det formål at metoden som helhed blev valideret som karakteriseringsmetode med hensyn til magnetiske egenskaber. Mange forskellige koncepter blev overvejet i løbet af design fasen, de primære af disse er præsenteret kronologisk i forhold til hvornår de blev overvejet, sammen med fordele og ulemper ved det pågældende setup. Desuden præsenteres blueprints for alle de komponenter der optræder i det endelige setup.
Det endelige setup indeholder adskillige komponenter og anvendelsesmuligheder. Generelt er systemet centreret omkring en specialfremstillet elektromagnet som kan levere ca. 200mT i en polær og longitudinal geometri. Endvidere er der tilføjet en kryostat som muliggør køling ned til -183°C til karakterisering ved lave temperaturer. Igennem Kerr effekt målinger blev det muligt at identificere diverse mangler i systemet, fx. problemer med vinduerne ind til kammeret samt høj grad af drift i intensity. På trods af disse mangler blev en hysterese kurve målt for en Co tyndfilm deponeret på Ag(111).
SprogEngelsk
Udgivelsesdato1 jun. 2011
Antal sider138
ID: 53271878