Die verformungsinduzierten Phasenumwandlungen und die Zwillingsbildung wurden in drei metastabilen austenitischen Cr-Mn-Ni-Stählen mit unterschiedlichem Nickelgehalt im breiten Temperaturbereich untersucht. Die entwickelten STU- und DTU-Diagramme fassen die gewonnenen Erkenntnisse zusammen und charakterisieren die verformungsinduzierten Gefügeänderungsprozesse in Abhängigkeit von der Spannung und der Temperatur. Die thermodynamischen Berechnungen bestätigen die Unterschiede in der chemischen Triebkraft für die Martensitumwandlung zwischen den Stählen und erklären unterschiedliches Werkstoffverhalten. Ein thermodynamisch-mechanisches Modell der verformungsinduzierten α‘-Martensitbildung wurde entwickelt. Der maximale α‘-Martensitanteil wird als Funktion der Gesamttriebkraft und der Temperatur mit einer guten Genauigkeit beschrieben. Des Weiteren wurde ein Modell der Umwandlungsplastizität mit Berücksichtigung der Plastizitätsverringerung infolge der isothermen oder spannungsinduzierten Martensitbildung entwickelt. Außerdem wurde der Einfluss von Mikroseigerungen auf die verformungsinduzierte Martensitbildung anhand drei Modellstähle untersucht und bestätigt.

No description available.

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'effet du champ magnétique Oersted sur le mouvement induit par courant de parois de domaines magnetiques dans des nanobandes de bicouches IrPy. Nous avons optimisé la croissance épitaxiale des couches minces IrPy avec faible rugosité de surface et d'interface, peu de défauts structurels et un faible champ coercitif. Cela peut réduire le piégeage de parois et donc augmenter sa mobilité. Nanobandes polycristallins PtPy préparées par pulvérisation ont également été étudiées pour comparer les résultats avec des échantillons épitaxiés. Une première preuve directe de l'effet du champ Oersted sur la configuration magnétique de nanobandes magnétiques a été donnée par V. Uhlir et al. utilisant des mesures XMCD-PEEM résolues en temps. Ils ont observé une grande inclinaison transversale de l'aimantation du Py et CoFeB dans les nanobandes en tricouchesCoCuPy et CoCuCoFeB. Nous avons observé le changement de chiralité des parois transverses sous champ Oersted avec des impulsions de courant en utilisant la microscopie à force magnétique. Un mouvement de parois stochastique a été observé en raison du piégeage, ce qui donne lieu à une large distribution de vitesses de paroi de domaine. Déplacement de paroi opposé au flux d'électrons et transformations de paroi ont également été observés en raison de Joule chauffage. Les grains de grande taille (comparable à la largeur de bande) dans nos couches minces épitaxiales bi-cristallins par rapport aux échantillons polycristallins (~10nm) peut être la source possible du fort piégeage. Néanmoins, des vitesses de parois maximales très élevées (jusqu'à 700 et 250m/s) pour des densités de courant relativement faible (1.7x1012 et 1x1012 A/m2) ont été observées dans échantillons épitaxiales et pulvérisées respectivement. Ces vitesses sont 2 à 5 fois plus élevées avec des densités de courant similaires ou plus faible que celles observées dans des nanobandes de Py seul, rapportés dans la littérature. Le champ Oersted est peut-être à l'origine de la plus grande efficacité du couple de transfert de spin dans ces bandes en bicouche. Des simulations micromagnétiques réalisées dans notre groupe confirment qu'un champ magnétique transverse appliqué en plus d'un champ longitudinal pour déplacemer la paroi peut stabiliser le cœur d'une paroi vortex au centre de la nanobande, supprimant ainsi l'expulsion de cœur au bord de la nanobande et donc empêchant la transformation de parois vortex. De même, il peut stabiliser les parois transverses, empêchant des transformations. Cela peut conduire à une décalage du seuil de Walker vers des courants plus élevés, résultant en une augmentation de la vitesse de paroi. Des mesures XMCD-PEEM résolue en temps seront réalisées dans un avenir proche pour confirmer l'effet du champ Oersted sur le mouvement de la paroi. / The aim of this thesis is to study the effect of the magnetic Oersted field on current-induced domain wall (DW) motion in IrPy bilayer nanostripes. We optimized the epitaxial growth of IrPy films on sapphire (0001) substrates with less structural defects, small surface and interface roughness and small coercive fields. This was expected to reduce the DW pinning and hence increase the DW mobility. Polycrystalline PtPy nanostripes prepared by sputtering were also studied to compare the results with epitaxial samples. A first direct evidence of the effect of the Oersted field on the magnetic configuration of magnetic nanostripes was given by V. Uhlir et al. using time-resolved XMCD-PEEM measurements. They observed a large tilt of the Py and CoFeB magnetization in the direction transverse to the stripes in CoCuPy and CoCuCoFeB trilayer nanostripes. We observed chirality switching of transverse walls induced by the Oersted field due to current pulses using magnetic force microscopy. DW motion was found to be stochastic due to DW pinning, which results in a distribution of velocities. DW motion opposite to the electron flow and DW transformations were also observed due to Joule heating. The large grain size (comparable to the stripe width) in our epitaxial bi-crystalline films with respect to the polycrystalline samples (~10nm) may be a possible source of pinning. Nevertheless, very high maximum DW velocities (up to 700 and 250m/s) for relatively low current densities (1.7 x1012 and 1 x1012 A/m2) were observed in epitaxial and sputtered samples respectively. These velocities are 2 to 5 times higher with similar or even smaller current densities than observed in single layer Py nanostripes, reported in the literature. The Oersted field may be at the origin of the high efficiency of the spin transfer torque in these bilayer stripes. Micromagnetic simulations performed in our group confirm that when a transverse magnetic field is applied in addition to a longitudinal field along the nanostripe for VW motion, the vortex core can be stabilized in the center of nanostripe, suppressing the core expulsion at the nanostripe edge and hence preventing the VW transformation. Similarly, it can stabilize transverse walls, preventing DW transformations. This can result in a shift of the Walker breakdown to higher fields/currents, resulting in an increase in DW velocity. Time-resolved XMCD-PEEM measurements will be performed in the near future to confirm the effect of the Oersted field on the DW motion.

Magnetický tunelový spoj (MTJ) je spintronická součástka komerčně používaná ve vysoce citlivých čtecích hlavách pevných disků. Počínaje rokem 2007 přispěla k udržení exponenciálního nárůstu hustoty magnetického zápisu. Kromě toho se také stala stavebním kamenem rychlé, odolné, úsporné a nevolatilní magnetické paměti s přímým přístupem (MRAM). Tento nový typ polovodičové paměti, stejně jako je tomu u čtecích hlav disků, využívá tunelové spoje založené na krystalickém oxidu hořečnatém (MgO) spolu s 3d kovovými magnetickými prvky (Fe a Co). Pro zmenšení MTJ a současné udržení dlouhodobé stability paměti proti tepelným fluktuacím je zapotřebí silná magnetická anizotropie ve směru kolmém na rozhraní kov|MgO. V této práci proto nejdříve provedeme analýzu magnetokrystalické anizotropie (MCA) kubického prostorově centrovaného Fe, Co a Ni na MgO pomocí ab initio simulací. Dále bude vyvinut program pro výpočet tvarové anizotropie, která je kromě MCA velmi podstatná, neboť v součtu dávají efektivní anizotropii. Na závěr implementujeme program pro výpočet MCA na základě poruchové teorie druhého řádu. To nám umožní dát pozorované anizotropní vlastnosti do souvislosti přímo s elektronickou strukturou systému (pásovou strukturou a hustotou stavů).

Die verformungsinduzierten Phasenumwandlungen und die Zwillingsbildung wurden in drei metastabilen austenitischen Cr-Mn-Ni-Stählen mit unterschiedlichem Nickelgehalt im breiten Temperaturbereich untersucht. Die entwickelten STU- und DTU-Diagramme fassen die gewonnenen Erkenntnisse zusammen und charakterisieren die verformungsinduzierten Gefügeänderungsprozesse in Abhängigkeit von der Spannung und der Temperatur. Die thermodynamischen Berechnungen bestätigen die Unterschiede in der chemischen Triebkraft für die Martensitumwandlung zwischen den Stählen und erklären unterschiedliches Werkstoffverhalten. Ein thermodynamisch-mechanisches Modell der verformungsinduzierten α‘-Martensitbildung wurde entwickelt. Der maximale α‘-Martensitanteil wird als Funktion der Gesamttriebkraft und der Temperatur mit einer guten Genauigkeit beschrieben. Des Weiteren wurde ein Modell der Umwandlungsplastizität mit Berücksichtigung der Plastizitätsverringerung infolge der isothermen oder spannungsinduzierten Martensitbildung entwickelt. Außerdem wurde der Einfluss von Mikroseigerungen auf die verformungsinduzierte Martensitbildung anhand drei Modellstähle untersucht und bestätigt.

<div> <div> <p>Phase transition materials (PTM) have garnered immense interest in concurrent post-CMOS electronics, due to their unique properties such as - electrically driven abrupt resistance switching, hysteresis, and high selectivity. The phase transitions can be attributed to diverse material-specific phenomena, including- correlated electrons, filamentary ion diffusion, and dimerization. In this research, we explore the application space for these materials through extensive device-circuit co-design and propose new ideas harnessing their unique electrical properties. The abrupt transitions and high selectivity of PTMs enable steep (< 60 mV/decade) switching characteristics in Hyper-FET, a promising post-CMOS transistor. We explore device-circuit co-design methodology for Hyper-FET and identify the criterion for material down-selection. We evaluate the achievable voltage swing, energy-delay trade-off, and noise response for this novel device. In addition to the application in low power logic device, PTMs can actively facilitate non-volatile memory design. We propose a PTM augmented Spin Transfer Torque (STT) MRAM that utilizes selective phase transitions to boost the sense margin and stability of stored data, simultaneously. We show that such selective transitions can also be used to improve other MRAM designs with separate read/write paths, avoiding the possibility of read-write conflicts. Further, we analyze the application of PTMs as selectors in cross-point memories. We establish a general simulation framework for cross-point memory array with PTM based <i>selector</i>. We explore the biasing constraints, develop detailed design methodology, and deduce figures of merit for PTM selectors. We also develop a computationally efficient compact model to estimate the leakage through the sneak paths in a cross-point array. Subsequently, we present a new sense amplifier design utilizing PTM, which offers built-in tunable reference with low power and area demand. Finally, we show that the hysteretic characteristics of unipolar PTMs can be utilized to achieve highly efficient rectification. We validate the idea by demonstrating significant design improvements in a <i>Cockcroft-Walton Multiplier, </i>implemented with TS based rectifiers. We emphasize the need to explore other PTMs with high endurance, thermal stability, and faster switching to enable many more innovative applications in the future.</p></div></div>

No description available.

No description available.