Arjen Van Den Berg

(Translated he/him)

Mae nanostructures magnetig tri dimensiwn wedi dod yn destun diddordeb dwys diweddar oherwydd argaeledd technegau saernïo newydd. Mae deunyddiau nanostrwythuredig 3D yn darparu mynediad i lu o ffenomenau newydd fel gweadau troelli newydd a sefydlwyd gan geometregau a chrymedd 3D egsotig, waliau parth gwibgyswllt sy'n curo terfyn Walker, allyriad tonnau troelli rheoledig, a llu o gymwysiadau technolegol.

Mae lithograffeg dau ffoton (TPL) yn offeryn pwerus sy'n hwyluso saernïo nanostructures magnetig 3D, fel y dangoswyd mewn gwaith diweddar gan sylweddoli dellt 3D o nanowires a drefnwyd mewn strwythur bond diemwnt. Mae gwaith arbrofol cychwynnol wedi dangos y gellir defnyddio'r dechneg hon, o'i chyfuno ag anweddiad thermol, i gynhyrchu systemau troelli artiffisial 3D (3DASI).

Ar ôl darparu cefndir i'r ffiseg berthnasol a'r technegau arbrofol, mae pennod 4 yn amlinellu astudiaeth ficromagnetig fanwl o geometregau allweddol sy'n ffurfio'r dellt 3DASI arbrofol. Mae'r astudiaeth hon yn darparu dealltwriaeth fanwl o newid gwifrau unigol, cydgysylltu-dau strwythur bipod sy'n bresennol ar yr wyneb a chydlynu-pedwar strwythur tetrapod sy'n bresennol yn y swmp. Mae'r astudiaethau hyn yn darparu dealltwriaeth ddyfnach o fesuriadau a gyflawnir ar y system. Mae TPL gyda dyddodiad llinell-olwg (LOS) yn arwain at nanowires magnetig gyda chroestoriad siâp cilgant lle mae trwch a chrymedd anunffurf yn arwain at fecanweithiau newid newydd a strwythur waliau parth perturbs. Mae efelychiadau'n dangos bod y gwifrau unigol yn y dellt yn barth sengl tebyg i Ising, gyda gwrthdroad miniog rhwng dwy wladwriaeth wedi'u diffinio'n dda. Mae'r strwythur waliau parth trawstoriad siâp crescent yn berthnasol ac yn cyflwyno gwladwriaethau ymyl newydd sy'n effeithio ar newid. Mae'r cyflwr tebyg i Ising yn parhau i ddal mewn geometregau mwy cymhleth sy'n cynnwys y gwifrau hyn. Mae efelychiadau sy'n archwilio'r newid mewn gwifrau sengl, systemau bipod, a systemau tetrapod yn cael eu harchwilio a'u cymharu â magnetometreg optegol arbrofol.

Mae pob permutation magnetization o fewn cydsymud dau a chydsymud-pedwar fertigau yn cael eu hefelychu i gael gweadau troelli, egni, a dwysedd tâl arwyneb magnetig o fathau fertigol troelli artiffisial confensiynol. Canfuwyd bod egni taleithiau rheol iâ bron yn dirywio, a dangosir bod gwladwriaethau monopole sy'n cael eu gwefru'n annibynnol egni uchel yn sefydlog. Nid yw gwladwriaethau monopole a godir ddwywaith yn sefydlog o fewn y geometregau efelychu.

Mae dwysedd tâl arwyneb magnetig cyfrifiadurol yn cynorthwyo adnabod mathau fertig a fesurir gan ddefnyddio microsgopeg grym magnetig, gan alluogi nodi taliadau magnetig sy'n lluosogi trwy'r dellt. Dangosir bod yr egni sy'n gysylltiedig â chwistrelliad monopole ar gydlyniad wyneb dau fertig y 3DASI yn ffactor sy'n uwch  na chyffro yn fertigau cydgysylltu pedwar y swmp. Roedd defnyddio'r egni cyfrifedig o fewn efelychiadau Monte Carlo a berfformiwyd gan gydweithwyr yn caniatáu cael cytundeb rhesymol gyda chanlyniadau arbrofol.

Er gwaethaf llwyddiant dyddodiad TPL a LOS fel offeryn ar gyfer saernïo nanostructure magnetig, daw cyfyngiad yn y fethodoleg o ffilm denau o'r deunydd swyddogaethol sy'n cael ei adneuo ar y swbstrad. Yn achos deunyddiau magnetig, gall y ffilm swbstrad ryngweithio â'r cydrannau swyddogaethol a'r signalau diangen mewn mesuriadau gan ddefnyddio MOKE neu dechnegau eraill lle mae meintiau sbot cymharol fawr yn dal ffilm gefndir. Yna mae presenoldeb ffilm swbstrad yn ffactor cyfyngol yn y mathau o strwythurau y gellir eu ffugio gan ddefnyddio TPL a'i astudio. Mae Pennod 5 yn archwilio addasiad i'r weithdrefn ffugio TPL i gynnwys haen aberthol poly (asid acrylig) sy'n gydnaws â TPL ac ablation laser i greu proses sy'n dileu'r ffilm swbstrad. Defnyddir y broses haen aberthol newydd i gynhyrchu nanowires magnetig ynysig heb unrhyw ddeunydd y gellir ei ganfod ar y swbstrad. Mae mesuriadau MOKE ar sioe nanowire syml dolenni hysteresis gyda phontio miniog ar , mae cyflwyno pad cnewyllol mawr yn lleihau'r maes newid gwifren i ddangos chwistrelliad wal parth rheoledig i'r  nanowire. Rydym yn cyflwyno prawf-o-egwyddor o ddefnyddio nanostrwythuro 3D i gyflwyno perturbations y tu allan i awyren i reoli cynnig wal parth yn y gwifrau. Mae efelychiadau gwahaniaeth cyfyngedig yn egluro'r mecanwaith pinio yn y perturbation arfaethedig, ac mae magnetometreg MOKE yn awgrymu maes pinio 3mT. Trafodir dilysrwydd y mesuriadau pinio. Mae mesuriadau MOKE a berfformiwyd ar latis 3DASI wedi'u ffugio gan ddefnyddio'r dull haen aberthol yn dangos bod nodweddion maes isel a ganfuwyd yn flaenorol oherwydd ffilm gefndir wedi'u dileu; Mae hyn yn dangos potensial MOKE fel techneg i gael gwybodaeth newid sy'n dibynnu ar ddyfnder o'n dellt. Yn benodol, dangosir y gellir defnyddio'r paramedrau arbrofol sy'n gysylltiedig â MOKE, fel polareiddio ac ongl dadansoddwr, i helpu i newid eucidate sy'n digwydd ar y gwahanol is-lattiau.

Mae gweithredu haen aberthol yn llwyddiannus yn galluogi'r defnydd o TPL gyda dyddodiad llinell-olwg i gynhyrchu amrywiaeth eang o geometregau 3D diddorol sydd wedi'u harchwilio o fewn y llenyddiaeth. Mae enghreifftiau'n cynnwys arwynebau gaussian, sy'n sefydlogi skyrmions a gweadau sbin topolegol eraill. Mae dichonoldeb arbrofol chwistrelliad wal parth i system nanowire 3D yn agor y posibilrwydd o wireddu cylchedau wal parth mwy cymhleth, gan agosáu at drac rasio fel dyfeisiau. Yn olaf, mae gan y gwaith ar haenau aberthol a newid sy'n ddibynnol ar ddyfnder hefyd oblygiadau pwysig ar gyfer astudio systemau 3DASI. Cyn bo hir mae'r grŵp yn bwriadu astudio systemau thermol. Yma, bydd dileu'r ffilm ddalen yn dileu signalau spurious posibl o'r swbstrad, tra bydd newid dibynnol dyfnder yn caniatáu astudio'r llwybr deinamig i'r cyflwr daear.