Gruppo di Magnetismo. Proprietà magnetiche di sistemi nanostrutturati

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1 Gruppo di Magnetismo Proprietà magnetiche di sistemi nanostrutturati

2 alcuni esempi di nanostrutture 1D 2D 3D Nelle nanostrutture, le scale caratteristiche dei sistemi ferromagnetici diventano confrontabili con le dimensioni delle nanostrutture stesse.

3 Perla Malagò Loris Giovannini Roberto Zivieri Edgar Bonfiglioli Melissa Tamisari Federico Montoncello Federico Spizzo Diego Bisero Samuele Fin tra il pubblico

4 gruppo teorico di magnetismo dinamica della magnetizzazione suddivisione del problema in celle con magnetizzazione costante dimensioni delle celle ~ λ exch del materiale espressione di tutte le densità di energia: Zeeman Scambio Anisotropia Demagnetizzante E = Z M s H j= 1 A E ( m m ) N N tot = ex 1 2 d j= 1 n E A = K k= 1 (1) j= 1 m [ N ( ) ] 2 1 mi v i= 1 2 N N Ms E = d mk Nk (, j) m 2 j j n j

5 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

6 gruppo teorico di magnetismo metodo della matrice dinamica Equazione di Landau-Lifšits Lifšits: M t = γ ( M H ) l equazione viene linearizzata assumendo: eff 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, (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,

7 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

8 gruppo teorico di magnetismo brillouin light scattering In collaborazione con il gruppo Ghost del Dipartimento di Fisica di Perugia (µ-bls)

9 gruppo teorico di magnetismo Progetto nazionale: PRIN 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 giovannini@fe.infn.it

10 microscopia a forza atomica/magnetica (AFM/MFM)

11 microscopia a forza atomica/magnetica (AFM/MFM) Interazione di Van der Waals Atomic Force Microscopy Oscillazioni Cantilever Movimento AFM profile Dot height, nm Dot diameter, nm Magnetic Force Microscopy Oscillation N S Cantilever Movimento

12 microscopia a forza atomica/magnetica (AFM/MFM) effetto kerr Evoluzione del vettore magnetizzazione (3D)

13 microscopia a forza atomica/magnetica (AFM/MFM) 1,50 MOKE 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 M/M s 0,00-0,25 Spessore: 20 nm -0,50-0,75-1,00-1,25 MFM -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

14 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

15 microscopia a forza atomica/magnetica (AFM/MFM) Progetto nazionale: PRIN 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 bisero@fe.infn.it

16 studio dell accoppiamento di scambio in sistemi FM/AF Aumentare il grado di stabilità della magnetizzazione magnetometro SQUID magnetometro KERR

17 studio dell accoppiamento di scambio in sistemi FM/AF dc magnetron sputtering In collaborazione con l Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN-CNR), Roma

18 studio dell accoppiamento di scambio in sistemi FM/AF Effetto della dimensione dei dot

19 studio dell accoppiamento di scambio in sistemi FM/AF AF AF FM FM strati antiparalleli

20 studio dell accoppiamento di scambio in sistemi FM/AF Progetto nazionale: FIRB 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 spizzo@fe.infn.it