The range of applied magnetic fields at which an array of magnetic nanostructures reverses magnetization direction is known as the switching field distribution (SFD). Factors that influence the SFD of nanomagnets include edge roughness, aspect ratio, crystallographic orientation, interactions with neighbouring nanomagnets, and temperature. Applications of nanomagnets such as magnetic random access memory and magnetic quantum cellular automata require a narrow, controlled SFD for reliable operation. To achieve such control, the dominant factors influencing the distribution must be known and are studied in this thesis. To this end, indexed arrays of permalloy (Ni81Fe19) nanomagnets are made by electron beam evaporation of permalloy through focused ion beam milled nanostencils on electron transparent silicon nitride membranes. The SFD of these structures is studied by magnetic force microscopy, while chemical and structural characterization of the same structures is performed by transmission electron microscopy.Focused ion beam milled nanostencils are found to influence the growth and structure, chemical composition and subsequently the magnetization behavior of deposited permalloy nanomagnets. This influence is attributed to implantation of gallium ions from the focused ion beam stencil milling process. By thinning the nanostencil using a reactive ion etch, the detrimental influence on magnetic behavior is reduced. A strong correlation is not found between SFD and edge roughness or finite length shape anisotropy factor (perhaps due to the small number of nanostructures investigated), but experiments suggest that increased edge roughness may increase the switching field at constant finite length shape anisotropy factor.Finally a new technique designed to allow for the measurement of the relative switching field of an array of nanomagnets in a single image is presented. This technique involves applying an AC magnetic field that is larger than the nanomagnet coercivity. The phase between the applied field and the resonant frequency shift of the magnetic cantilever should give a measurement of the coercivity and thus the switching field. By looking at the standard deviation of this signal one should also be able to determine the SFD of an individual nanomagnet. This technique was implemented and preliminary results are presented. / La plage de champs magnétiques appliqués pour lesquels un ensemble de nanostructures magnétiques renverse la direction de leur magnétisation est connue sous le nom de distribution du champ de renversement (switching field distribution, SFD). Plusieurs facteurs influencent la SFD des nano aimants, tels que la rugosité des bords, le rapport d'aspect, l'orientation cristallographique, les interactions avec les nano aimants avoisinants et la température. Certaines applications potentielles des nano aimants, notamment la mémoire vive magnétique et les automates cellulaires quantiques magnétiques, nécessitent une SFD qui soit étroite et contrôlée pour assurer une opération fiable. Pour atteindre ce contrôle, les facteurs dominants influençant cette distribution doivent être connus. À cette fin, un arrangement indexé de nano aimants de permalloy (Ni81Fe19) est fabriqué le déposant par évaporation par faisceau d'électron au travers d'un nano masque usiné par sonde ionique focalisée (focused ion beam, FIB) sur une membrane de nitrure de silicium transparente aux électrons. Le SFD de ces structures est étudié par microscopie à force magnétique, tandis que la structure et la composition chimique sont caractérisées par microscopie électronique en transmission. Il est montré que les nano masques usinés par sonde ionique focalisée influencent la structure de la croissance, la composition chimique et le comportement magnétique des nano aimants de permalloy. Cette influence est attribuée à l'implantation d'ions de gallium provenant du processus d'usinage par sonde ionique focalisée. En amincissant le nano masque par gravure ionique réactive, l'influence négative sur le comportement magnétique est réduite. Une forte corrélation n'est pas observée entre le SFD et la rugosité des bords ou le rapport d'aspect (peut-être dû à un échantillonnage limité), mais les expérience suggèrent qu'une augmentation de la rugosité des bords augmente le champ de renversement pour un rapport d'aspect constant. Finalement, une nouvelle technique, permettant la mesure du champ de renversement relatif d'un ensemble de nano aimants en une seule image, est présentée. Cette technique nécessite l'application d'un champ magnétique alternatif qui soit plus large que le champ coercitif du nano aimant. La différence de phase entre le champ appliqué et le changement de fréquence de résonance du cantilever magnétique donne une mesure du champ coercitif. Cette technique a été implémentée et des résultats préliminaires sont présente ́s.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121278 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Bates, Jeffrey |
| Contributors | Peter H Grutter (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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