Wykorzystanie spinu elektronu do przechowywania i przetwarzania informacji jest obecnie uważane za realną szansę dalszego rozwoju energooszczędnej elektroniki. Mimo szerokiego wachlarzu zastosowań elementów spintronicznych w przemyśle takich jak czujniki pola magnetycznego czy pamięci, mikrofalowe urządzenia spintroniczne działające w oparciu o dynamikę magnetyzacji wciąż pozostają nieskomercjalizowanym obszarem, który pozostawia duże pole do praktycznych zastosowań. Badanie dynamiki magnetyzacji w mikro- i nano-elementach wymaga ciągłego rozwijania i doskonalenia narzędzi eksperymentalnych. Praca dotyczy wykorzystania spinowego efektu diodowego do badania dynamiki magnetyzacji w urządzeniach spintronicznych w szczególności bazując na dwóch typach struktur: metalicznych wielowarstwach oraz multiferroicznych heterostrukturach. Urządzenia oparte o wielowarstwy metaliczne wykazujące efekt gigantycznego magnetooporu (GMR) stwarzają potencjał do zastosowań jako detektory mikrofalowe. W pracy przedstawiono szczegółowe badania nad dynamika magnetyzacji w zaworach spinowych typu GMR z różnym sprzężeniem wymiennym. Dalsza część pracy dotyczy badań dynamiki magnetyzacji w multiferroicznych heterostrukturach, które dzięki magnetoelektrycznemu sprzężeniu umożliwiają sterowanie anizotropią magnetyczną za pomocą pola elektrycznego. W tej części przestawiono wyniki napięciowego przestrajanie zarówno rezonansu ferromagnetycznego jak i rezonansu fal spinowych. W dodatku do pracy przedstawiono procedury wytwarzania próbek metodą litografii elektronowej.
Spin diode effect in metallic mulatilayers and multiferroic
heterostructures
The utilization of the electron spin is currently recognized as a real perspective for further progress in nanoelectronics and Green IT. Some of a spintronic systems found a wide range of industrial applications such as magnetic random access memory, hard disk drive read heads or magnetic field sensors but magnetization- dynamics-based microwave devices are still not broadly commercialized, which leaves huge field for innovation. However, investigations of magnetization dynamics in micro- and nano-devices require development of dedicated experimental tools. In this work a spin-diode experimental technique for investigation of magnetization dynamics in spintronic devices is comprehensively discussed basing on two general groups of structures: metallic multilayer and multiferroic heterostructures. Giant magnetoresistance spin valves (GMR-SV) reveal a great potential to become an alternative for currently used microwave detectors. A broadband microwave measurements of a magnetization dynamics in GMR-SV in terms of interlayer exchange coupling are presented. Next part of the thesis concerns the magnetization dynamics study in multiferroic heterostructures, which due to the coupling between its electric and magnetic properties enable an electric-field manipulation of a magnetic anisotropy. In this part a voltage-controlled ferromagnetic resonance and standing spin waves resonance are demonstrated. The electric-field control of magnetic properties is a key issue in voltage tunable microwave applications. The appendix with a description of a nano-lithography procedures is included in the end of the thesis.
