Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Weijia Zhu

Väitöskirjan nimi: Control of Spin-Wave Propagation in Multiferroic Heterostructures: Magnetic Domain and Domain-Wall Driven Spin-Wave Guiding

Tohtoriopiskelija: Weijia Zhu
Vastaväittäjä: professori Lasse Laurson, Tampereen yliopisto
Kustos: professori Sebastiaan van Dijken, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Magnoniikka on tutkimusala, joka hyödyntää spinaaltojen amplitudia ja vaihetta, kollektiivisia virittyneitä spintiloja magneettisissa järjestelmissä, tiedonkäsittelyssä ja siirrossa ilman, että se perustuu elektronien varauksen liikkeeseen. Spinaaltojen ainutlaatuiset ominaisuudet sisältävät alhaisen tehonkulutuksen laajalla taajuusalueella (GHz:stä THz:hin), aallonpituudet aina nanometrin mittakaavaan asti, epälineaariset ja ei-resiprokaaliset dynamiikat sekä yhteensopivuus siruintegraation kanssa. Nämä piirteet tekevät magnoniikasta lupaavan ehdokkaan seuraavan sukupolven tiedonkäsittelytekniikaksi.

Tehokkaiden magnonisten piirien kehittäminen vaatii tarkkaa spinaaltojen kontrollointia. Tässä väitöskirjassa tutkin spinaaltojen aktiivista manipulointia mekaaniseen jännitteeseen kytketyissä multiferroisissa heterorakenteissa keskittyen kahteen keskeiseen ilmiöön: (1) spinaaltojen ohjaaminen magneettisen anisotropian rajojen ylityksen yhteydessä ja (2) konfiguroitavan spinaaltojen kuljetuksen toteuttaminen kiinnitettyjen magneettisten alueiden seiniä pitkin.

Ensimmäinen ilmiö, jota tutkitaan Fe/BaTiO3 heterorakenteessa, johtuu magnonisesta taittumisesta, joka syntyy äkillisistä muutoksista spinaaltojen hajaantumisessa ja vaihenopeudessa magneettisesti anistrooppisten alueiden rajoilla. Kokeelliset ja mikromagneettiset simulaatiotulokset osoittavat tarkan spinaaltojen uudelleenohjautumisen nollamagneettikentässä. Toinen ilmiö, jota tutkitaan CoFeB/BaTiO3 heterorakenteessa, liittyy magneettisesti kiinnittyneiden reunojen käyttämiseen nanometrisinä kanavina spinaaltojen kuljetuksessa. Säätämällä alueen reunan magneettista mikrorakennetta ulkoisella magneettikentällä saavutan jatkuvan hallinnan lokalisoitujen spinaaltojen aallonpituutta.

Tämän väitöskirjan löydökset, yhdistettynä sähkökenttäväkäyttöisten alueen seinien liikkeen potentiaaliin multiferroisissa järjestelmissä, edustavat merkittäviä askeleita matalan tehon ja konfiguroitavien magnonisten laitteiden toteuttamiseksi. 

Avainsanat: spinaallot, magnoniikka, multiferroiset, magnetismi, magneettiset alueet, magneettisten alueiden reunat

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/ 

Yhteystiedot:

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52