Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Մագնիսաօպտիկական բարակ թաղանթներ մագնիսական դաշտերի պատկերագրման համար

Գալստյան, Օգսեն Արամի (2015) Մագնիսաօպտիկական բարակ թաղանթներ մագնիսական դաշտերի պատկերագրման համար. PhD thesis, ԵՊՀ.

[img]
Preview
PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (3713Kb) | Preview
    [img]
    Preview
    PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (985Kb) | Preview

      Abstract

      Ատենախոսությունը վերաբերվում է մագնիսական դաշտերի պատկերագրման մագնիսաօպտիկական եղանակին, որտեղ որպես տվիչներ օգտագործվում են մեծ Ֆարադեյի պտտման անկյուն ունեցող մագնիսաօպտիկական բարակ թաղանթները: Վերջին ժամանակներում տվյալ պատկերագրման եղանակը կրկին բուռն զարգացում է ապրում, ինչը պայմանավորված է մագնիսաօպտիկական պատկերագրման (ՄՕՊ) հնարավոր կիրառմամբ սպինտրոնիկայում, քանի որ ենթադրվում է ՄՕՊ-ը կարող է հիանալի գործիք լինել ապագայի սպինտրոնային սարքերի ոչ խոտորող զննման համար: ՄՕՊ եղանակի կիրառման ոլորտներն են` էլեկտրոնային և գերբարձր հաճախային (ԳԲՀ) սարքերի զննումը, ուսումնասիրության տակ գտնվող նմուշների մագնիսական կառուցվածքների պատկերագրումը, գերհաղորդիչներում մագնիսական մրրիկների կառուցվածքի գրանցումը, մետաղական նմուշներում մակերևութային և ենթամակերևութային արատների գրանցումը և այլն: Գոյություն ունեն մագնիսական դաշտերի պատկերագրման զանազան եղանակներ հիմնված տարբեր ֆիզիկական երևույթների վրա, ինչպիսիք են` մագնիսական ուժային մանրադիտակը, գերհաղորդիչ քվանտային ինտերֆերենսի սարքը, Հոլլի էֆեկտի տվիչը, մագնիսադիմադրողական տվիչները: Ի տարբերություն վերը նշված եղանակաների, ՄՕՊ-ի հիմնական առավելություններն են` պարզ փորձարարական համակարգը, արագագործությունը, ինչը հնարավորություն է տալիս իրական ժամանակում ստանալ մագնիսաօպտիկական պատկերը, ինչպես նաև տարբեր ջերմաստիճանային տիրույթներում պատկերագրման հնարավորությունը և բարձր տարածական լուծողունակությունը, որը արդի ՄՕՊ համակրգերում հասնում է 0.5 մկմ-ի: ՄՕՊ համակարգի զգայունությունն ու ստացված պատկերների որակը ուղիղ կախում ունեն մագնիսաօպտիկական գրանցող բարակ թաղանթների հատկություններից: Բարակ թաղանթների հիմնական բնութագրերը, որոնք բարձրացնում են համակարգի զգայունությունը, հետևյալն են` մեծ Ֆարադեյի պտտման անկյունը, օպտիկական տիրույթում փոքր կլանումները, հեշտ մագնիսացման առանցքի դիրքավորումը թաղանթի մակերևույթին զուգահեռ, և գրանցող թաղանթի հաստությունը: ՄՕՊ համարգերում գրանցող բարակ թաղանթների պատրաստման համար հիմնականում օգտագործվում է իտրիում երկաթ նռնաքարը (YIG կամ Y3Fe5O12): YIG-ի և նրա լեգիրացված տարբերակների, օրինակ բիսմութով փոխարինված իտրիում երկաթ նռնաքարի (Bi-YIG կամ BixY3-xFe5O12), մի շարք ֆիզիկական հատկությունները հնարավորություն են ընձեռել դրանք օգտագործել ոչ միայն ՄՕՊ համակարգերում այլ նաև օպտիկական մեկուսիչներում, ԳԲՀ սարքերում, ինտեգրալ ֆոտոնիկայում և սպինտրոնիկայում: ՄՕՊ համակարգերի զարգացումը և կիրառման ոլորտների ընդլայնումը պահանջում է ոչ միայն մագնիսաօպտիկական թաղանթների բնութագրերի կատարելագործում, այլ նաև բարակ թաղանթների ատրաստման հեշտ և մատչելի իրականացվող եղանակի մշակում: Գոյություն ունեն մագնիսաօպտիկական բարակ թաղանթների ատրաստման մի շարք եղանակներ, որոնցից են` հեղուկ փուլային իտաքսիան (LPE), փոշեպատման եղանակը, իմպուլսային լազերային նստեցման եղանակը (PLD), սոլ-գել գործընթացը և մետաղաօրգանական քիմիական գոլորշու նստեցման եղանակը (MOCVD): Գրանցող թաղանթների սինթեզի համար մեր կողմից օգտագործվել է մետաղաօրգանական տարրալուծման եղանակը (ՄՕՏ), որովհետև այն մատչելի է, պարզ և թույլ է տալիս ճշգրտորեն ղեկավարել ՄՕՏ լուծույթի քիմիական կառուցվածքը և նստեցումը համեմատաբար մեծ մակերեսով տակդիրների վրա: Данная работа посвещена разработке методов получения пленок с большим Фарадеевским вращением на аморфных подложках, исследованию их магнитооптических характеристик и применению для визуализации магнитных полей. В последние годы данный метод магнитооптической визуализации (МОВ) переживает бурное развитие в связи с его большими потенциальными возможностями применения в актуальных областях физики и электроники. В частности МОВ является весьма информативным и невозмущающим методом исследования области спинтроники, структуры и динамики магнитных вихрей в сверхпроводниках, доменной структуры в ферромагнитных материалах, контроля электронных и сверхвысокочастотных устройств, а так же визуализации поверхностных и подповерхностных дефектов исследуемых металлических структур. Чувствительность МОВ и качество полученных магнитооптических изображений зависит от свойств магнитооптических индикаторных пленок. В основном при приготовлении индикаторных тонких пленок используется висмут замещенный железо итривый гранат (BixY3-xFe5O12 или Bi-YIG). Для приготовления Bi-YIG индикаторных пленок мы воспользoвались методом металло-органического разложения (МОР), поскольку он является наиболее доступным и простым методом, вместе с тем позволяет контролировать химический состав МОР раствора, а так же дает возможность наносить раствор на подложках с большой площадью. Основными целями данной работы являются: 1. На основе метода МОР разработать технологию для приготовления BixY3-xFe5O12 тонких пленок, а так же исследовать структурные и магнитооптические свойства данных пленок. 2. Исследовать возможность роста магнитооптических пленок с большим Фарадеевским вращением на стеклянных подложках с помощью метода МОР. 3. Исследовать магнитооптические свойства BixY3-xFe5O12 пленок выращенных на аморфных подложках и на основе этих пленок разработать экспериментальное устройство для визуализации магнитных полей. В диссертации получены следующие основные результаты: 1. На основе BixY3-xFe5O12 тонких пленок приготовленных на стеклянных подложках можно разработать систему МОВ, которая дает возможность визуализировать магнитные поля и магнитные доменные структуры. Минимальное магнитное поле которое возможно было зарегистрировать составляет 0.6 Э, а пространственное разрешение 0.5 мкм. 2. Было показано, что поликристаллические пленки высокого качества с большой толщиной, могут быть приготовлены с помощью добавления теплового процесса пре-кристаллизации. Процесс пре-кристаллизации увеличивает поверхностные эффекты во время кристаллизации пленок, что позволяет приготавливать пленки с большой толщиной, используя условия приготовления тонких пленок. 3. Bi-YIG пленки с высокими концентрациями замещенного висмута удалось кристаллизовать на стеклянных подложках используя технику нанесения буферного слоя. Bi1Y2Fe5O12 пленки лучше кристаллизовались без буферных слоев используя высокие температуры пост-отжигания (750 °C), а для пленок BixY3-xFe5O12 (x=2, 2.5) с буферными слоями, используя более низкие температуры пост-отжигания (620 °C). 4. С помощью метода МОР получены поликристаллические Bi2Y1Fe5O12 тонкие пленки на стеклянных подложках без буферных слоев, с -11°/мкм Фарадеевским вращением. Для приготовления пленок использованы низкие температуры кристаллизации 620-640 °C. Тем же методом были приготовлены монокристаллические Bi2Y1Fe5O12 пленки, структурные свойства которых сопоставимы с пленками полученными методом жидкофазной эпитаксии (LPE). 5. Висмут замещенные итрий ортоферитовые BixY1-xFeO3 тонкие пленки выращенные настеклянных подложках могут кристаллизоваться как с гексагональной симметрией (h-YFeO3) при x=0 так и с орторомбической симметрией (o-YFeO3) при x=0.3-0.4 концентрации висмута.This thesis is devoted to the development of a technique for the preparation of magneto-optical thin films on amorphous glass substrates with high Faraday rotation angle. We presented detailed characterization of prepared films and used them as sensors in magneto-optical imaging (MOI) system. This imaging technique has attracted considerable attention as a sensor platform for the monitoring of electronic devices, imaging of magnetic domains and magnetic fields distributions, inspecting the surface and subsurface defects in metallic specimens, detection of magnetic vortex phenomenon in superconductors and etc. Recent advances in research of magnetics have revealed a possibility of a new technology using an elec onic equipment, which are anticipated to be the next generation devices. It is expected that tron spin as an information carrier. This gives the idea of a new emerging field of spintr in future MOI can be a great tool for the monitoring of spintronic devices. The sensitivity and quality of the MOI directly depends on the characteristics of magneto-optical indicator thin films. The most desirable material for the preparation of indicator thin films is bismuth substituted yttrium iron garnet (BixY3-xFe5O12 or Bi-YIG). For the synthesis of Bi-YIG films we used the metal-organic decomposition (MOD) method because it is inexpensive, simple and allows us to have a precise control on the composition of the MOD solution and the formation over the large area. The goals of this work are the following:  On the basis of MOD method develop technology for the preparation of BixY3-xFe5O12 thin films. Investigate structural and magneto-optical properties of prepared films.  Investigate the possibility of preparation of magneto-optical thin films with high Faraday rotation angle on glass substrates using MOD method.  Investigate magneto-optical properties of BixY3-xFe5O12 thin films grown on amorphous glass substrates and use these films to develop experimental setup for the visualization of magnetic fields. The main obtained results in dissertation are the following: 1. We developed MOI system using BixY3-xFe5O12 thin films prepared on glass substrates which gave the possibility to visualize magnetic fields and magnetic domain structures. The minimum magnetic field value which was possible to detect was about 0.6 Oe and the spatial resolution of magneto-optical images was about 0.5 μm. 2. It was shown that high quality polycrystalline Bi-YIG thin films can be prepared by adding the pre-crystallization heat treatment process. Pre-crystallization process enhances surface effects in the crystallization of thick films which makes it possible to fabricate thicker films using thin film preparation conditions. 3. Using buffer layer deposition technique, Bi-YIG films with high levels of doped Bi have been fabricated on glass substrates. Bi1Y2Fe5O12 thin films which were prepared without buffer layer showed better crystallinity and magneto-optical activity using 750 °C post-annealing temperatures. While for the BixY3-xFe5O12 (x=2, 2.5) films a better quality was obtained by using lower 620 °C post-annealing temperatures. 4. Using MOD method we prepared high concentration Bi2Y1Fe5O12 thin films with -11°/μm Faraday rotation angle on glass substrate without additional magnetic buffer layers, using 620-640 °C crystallization temperatures. Not only polycrystalline but also single crystalline 5. Bi2Y1Fe5O12 thin films were prepared which have comparable crystalline characteristics with YIG films prepared by liquid phase epitaxy (LPE). Bimsuth substituted yttrium orthoferrite BixY1-xFeO3 thin films gwon on glass substrates can be crystalized with hexagonal symmetry (h-YFeO3) when bismuth concentration is x=0 or with orthorhombic symmetry (o-YFeO3) when x=0.3-0.4.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Магнитооптические тонкие пленки для визуализации магнитных полей. Magneto-optical thin films for magnetic fields visualization.
      Uncontrolled Keywords: Галстян Огсен Арамович
      Subjects: Physics
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Thesis Dissertations
      Date Deposited: 23 Nov 2015 14:36
      Last Modified: 02 Feb 2016 14:30
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/31

      Actions (login required)

      View Item