Onderwerp 4: Ferromagnetische nanostructuren

De fundamentele eigenschappen van magnetische structuren worden sterk beïnvloed door het verkleinen van hun afmetingen tot de grootteorde van een micrometer of zelfs enkele nanometer. We denken hier o.a. aan de voorkeursàrichting van de magnetisatie, het mechanisme van de magnetisatieomkering en de magnetische domeinàstructuur.
Deze fysische processen spelen een belangrijke rol in de vele toepassingen van magnetische structuren. Men beschouwt bijvoorbeeld roosters van ferromagnetische stippen als hoge capaciteit magnetische opslagmedia (geheugen). Er worden bovendien ook volledig nieuwe fenomenen waargenomen die een rechtstreeks gevolg zijn van de verkleinde afmetingen. Deze factoren vormen een sterke drijfveer om het fundamentele gedrag van magnetische nanostructuren te bestuderen.
Als ferromagnetische nanostructuren worden gecombineerd met een laagje van een ander materiaal, bijvoorbeeld een supergeleider (zie ook Onderwerp 3), kunnen ze daarin de eigenschappen aanzienlijk manipuleren.

Voor je licentiaatsthesis zal je de fysische eigenschappen van ferromagnetische nanostructuren bestuderen. Naargelang je eigen interesse kan je je toespitsen op verschillende systemen: hoge-dichtheid magnetische stippenàroosters, zelfgeorganiseerde nanostructuren, magnetische clusters ingebed in een niet-magnetische omgeving, ...
Dankzij elektronenbundelàlithografie (i.s.m. IMEC) en lift-off-technieken kunnen we ferromagnetische nanostructuren vervaardigen met afmetingen kleiner dan een micrometer (10‑6 m) en met een welbepaalde en goed gedefinieerde geometrie. Het neerzetten van de materiaallaagjes gebeurt door moleculaire-bundeldepositie in ultrahoog-vacuüm-kamer.
Aangezien de precieze vorm en afmetingen van de nanostructuren bepalend zijn voor hun magnetisch eigenschappen, onderzoeken we ze met grote zorg m.b.v. de optische microscoop, de elektronenmicroscoop (SEM) en de atomaire-krachtàmicroscoop (AFM).
Je kan op lokale schaal informatie bekomen over de magnetische toestand en de domeinstructuur van de monsters via magnetische-krachtàmicroscopie (MFM). De verandering van de domeinstructuur in een magneetveld kan onderzocht worden m.b.v. de "raster-Hall-sonde-microscoop" (SHPM).
We kunnen magnetische nanostructuren ook vervaardigen door het magnetische materiaal via elektrochemische processen te laten groeien in kleine poriün. Aan het departement Metaalkunde en Toegepaste Materiaalkunde (MTM) is men er recent in geslaagd om zulke zelf-georganiseerde structuren van gaten met een diameter kleiner dan 100 nm aan te maken in Al2O3.
Dergelijke poriünstructuren kunnen ook worden gebruikt als hulpmiddel om in dunne supergeleidende lagen roosters van defecten aan te brengen als verankeringsàpunten voor de fluxlijnen.  Dit kan gebeuren via het bestralen van de supergeleidende films met hoog-energetische deeltjes doorheen het poriünmasker,  ofwel door het poriünàmasker bovenop de supergeleidende film aan te brengen en de poriün met magnetisch materiaal op te vullen.
Onderwerp 4 sluit nauw aan bij het onderzoek in het team "Nanofysica met SPM" en het "CLASS"-team en het onderzoek zal in samenwerking met deze teams gebeuren.