Materiali magnetici nanostrutturati

Gruppo di Magnetismo
Proprietà magnetiche
di sistemi nanostrutturati
alcuni esempi di nanostrutture
1D
2D
3D
Nelle nanostrutture, le scale caratteristiche dei sistemi
ferromagnetici diventano confrontabili con le dimensioni delle
nanostrutture stesse.
Roberto Zivieri
Edgar Bonfiglioli
Melissa Tamisari
Perla Malagò
Loris Giovannini
Federico Montoncello
Federico Spizzo
Diego Bisero
Samuele Fin
tra il pubblico
dinamica della magnetizzazione
gruppo teorico di magnetismo
suddivisione del problema in celle con magnetizzazione costante
dimensioni delle celle ~ λexch del materiale
espressione di tutte le densità di energia:
N
E Z = − M s H∑ m j
Zeeman
j =1
Scambio
Anisotropia
Demagnetizzante
E tot
ex
A
=− 2
d
EA = K
M s2
Ed =
2
N
∑∑ (1 − m
j=1
N
∑ [1 − (m ⋅ v ) ]
2
i
i =1
N
∑ ∑m
k =1
⋅ mn )
n
N
(1)
j
j=1
k
⋅ N(k , j)m j
gruppo teorico di magnetismo
Spessore: 5nm
Dinamica della magnetizzazione
Velocità di lettura/scrittura prossime al regime dei GHz
100 nm
eccitazioni di spin
150 nm
Spessore: 20 nm
Negli oggetti confinati (dot) le oscillazioni della
magnetizzazione sono onde di tipo stazionario
modi di spin
metodo della matrice dinamica
gruppo teorico di magnetismo
Equazione di LandauLandau-Lifšits:
Lifšits
∂M
= γ (M × H eff )
∂t
l’equazione viene linearizzata assumendo:
M=M
M 0+ m
Autovalori
Autovettori
frequenze dei modi di spin
profili di m
M. Grimsditch, L. Giovannini, F. Montoncello, F.
Nizzoli et al., Phys. Rev. B 70,
70 054409 (2004)
Splitting of Spin Excitations in Nanometric Rings Induced by a Magnetic Field,
G.Gubbiotti, M. Madami, S. Tacchi, G. Carlotti, H. Tanigawa. T. Ono, L.
Giovannini, F. Montoncello and F. Nizzoli, PRL 97,
97 247203
gruppo teorico di magnetismo
Oltre ai modi di spin localizzati, che si presentano nei dot, si possono osservare anche
modi di spin che si propagano grazie alle interazioni magnetiche tra dot e dot
gruppo teorico di magnetismo
brillouin light scattering
In collaborazione con il gruppo Ghost del Dipartimento di Fisica di Perugia (µ-BLS)
gruppo teorico di magnetismo
Progetto nazionale: PRIN 20102010-2011
DyNanoMag (Controllo della Dinamica della
Magnetizzazione in Nano-strutture
Magnetiche per Applicazioni nelle Tecnologie
dell’Informazione e della Comunicazione)
Collaborazioni
•gruppo Ghost del Dipartimento di Fisica di Perugia (µ-BLS);
•Università di Napoli, Messina, Politecnico di Torino, INRIM (TO)
•Exeter, Poznan, Monaco di Baviera, India....
tesi di laurea
Calcolo di risonanze di spin in nanostrutture tridimensionali
Loris Giovannini
[email protected]
microscopia a forza atomica/magnetica (AFM/MFM)
microscopia a forza atomica/magnetica (AFM/MFM)
Movimento
Interazione di
Van der Waals
AFM profile
Dot height, nm
Atomic Force Microscopy
Cantilever
Oscillazioni
60
45
30
15
0
Dot diameter, nm
Magnetic Force Microscopy
Cantilever
Oscillation
N
S
Movimento
microscopia a forza atomica/magnetica (AFM/MFM)
Evoluzione del vettore magnetizzazione (3D)
effetto kerr
microscopia a forza atomica/magnetica (AFM/MFM)
MOKE
1,50
1,25
1,00
0,75
0,50
M/Ms
0,25
0,00
-0,25
-0,50
MFM
-0,75
Spessore: 20 nm
-1,00
-1,25
-1,50
-1,6 -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6
H (Oe)
MFM
MFM
Proposta di tesi 1:
Two-dimensional array of bicomponent magnetic nanostructures
microscopia a forza atomica/magnetica (AFM/MFM)
Proposta di tesi 2:
Rotatable magnetic anisotropy in thin
films with stripe domains
S. Tacchi, S. Fin, D. Bisero et al., Physical Review B, in stampa
microscopia a forza atomica/magnetica (AFM/MFM)
Progetto nazionale: PRIN 20102010-2011
DyNanoMag (Controllo della Dinamica della
Magnetizzazione in Nano-strutture
Magnetiche per Applicazioni nelle Tecnologie
dell’Informazione e della Comunicazione)
Principali collaborazioni
- Università Pierre e Marie Curie di Parigi;
- Universidad Complutense di Madrid;
- Università di Gent (Belgio);
- Università di Singapore;
- Università di Perugia;
- CIC-Nanogune, San Sebastian (Spain)
- LISC (Laboratorio Interdisciplinare di Scienza
Computazionale), Trento
tesi di laurea
Microscopia MFM / MOKE
Diego Bisero
[email protected]
studio dell’accoppiamento di scambio in sistemi FM/AF
Aumentare il grado di stabilità della magnetizzazione
magnetometro SQUID
magnetometro KERR
studio dell’accoppiamento di scambio in sistemi FM/AF
dc magnetron sputtering
In collaborazione con l’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN-CNR), Roma
studio dell’accoppiamento di scambio in sistemi FM/AF
Effetto della dimensione dei dot
studio dell’accoppiamento di scambio in sistemi FM/AF
AF
FM
FM
AF
strati antiparalleli
studio dell’accoppiamento di scambio in sistemi FM/AF
Progetto nazionale: FIRB 20102010-2011
Nanorest (Controllo dell’anisotropia magnetica
di nanostrutture per migliorare la stabilità
magnetica di dispositivi magnetoresistivi)
Principali collaborazioni
- Università di Bologna
- Università di Perugia
- Università Politecnica delle Marche, Ancona
- CIC-Nanogune, San Sebastian (Spain)
- Istituto ISM-CNR, Roma
- Istituto IFN-CNR, Roma
- Linea APE, Sincrotrone Elettra, Trieste
tesi di laurea
Studio di nanostrutture magnetiche con exchange-bias
Federico Spizzo
[email protected]

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