Spectroscopy and confocal imaging of complex ferroic systems
Vlašín, Ondrej
Herranz Casabona, Gervasi, dir.
Rodríguez-Viejo, Javier, tut. (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física

Publicació:	[Barcelona] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2014
Descripció:	1 recurs electrònic (155 p.)
Resum:	En las nuevas aplicaciones basadas en sistemas ferroicos a menudo se consideran las paredes de dominio como portadores de la información. Asimismo, la necesidad de satisfacer la ley de Moore requiere una reducción drástica de las dimensiones de los dispositivos a comercializar. Aunque ya existen métodos para estudiar la dinámica de los dominios a nanoescala, éstos son muy lentos y caros, además es muy complicado medir las propiedades magnéticas y eléctricas simultáneamente. Esto crea la necesidad de un método intermedio que ofrezca resolución lateral submicrométrica y cortos tiempos de medición y que, al mismo tiempo, proporcione suficiente información sobre todas las propiedades ferroicas de un sistema. Para solucionar este problema, hemos desarrollado varios métodos ópticos que amplían las posibilidades de caracterización multiferroica. Por un lado, hemos desarrollado un montaje experimental magneto-óptico Kerr que permite trabajar bajo campos eléctricos aplicados in-situ en un rango de frecuencias ajustables. Mediante esta aproximación experimental, hemos podido separar y cuantificar diferentes contribuciones al acoplamiento magnetoeléctrico (mediado por tensión superficial y/o por efectos de superficie) y hemos podido analizar su dinámica específica por separado. Por otro lado, hemos podido obtener una cartografía directa del acoplamiento magnetoeléctrico con una resolución lateral submicrónica, mediante al desarrollo de un microscopio confocal sensible a la polarización de la luz. En experimentos realizados en BTO / LSMO se observaron cambios inducidos por un campo magnético en la respuesta ferroeléctrica en torno al 50% en promedio, con variaciones de hasta un 20 %. Finalmente, hemos estudiado r el origen del aumento de la respuesta magneto-óptica a frecuencias resonantes con plasmones en cristales magnetofotónicos. Estos resultados abren nuevas perspectivas en dispositivos basados en la física de plasmones, con aplicaciones en comunicaciones ópticas y en detección. En esta línea, hemos desarrollado un marco teórico unificado que permite modelar las señales magnetoópticas de soluciones coloidales en un rango amplio de frecuencias en el visible. El modelo que proponemos muestra una excelente concordancia con los datos medidos experimentalmente en soluciones coloidales de nanopartículas de níquel en hexano y en tolueno, utilizando solamente las propiedades ópticas tabuladas de los materiales, sin ajustar ningún parámetro. Estos resultados abren nuevas perspectivas en materiales compuestos metal/dieléctrico, para dispositivos innovadores basados en plasmones, que explotan la polarización de la luz en vez de los cambios en reflectancia óptica.
Resum:	New applications of ferroic systems often consider domain wall as carrier of information. Understanding of the nature of domain structure and its dynamics is therefore essential. At the same time the omnipresent need of keeping up with Moore law demands the dimensions of commercialized devices to decrease drastically. Hence the resolution of classical optical Kerr microscopy does not suffice anymore. Methods for studying domain dynamics at nanoscale are available, but are very time consuming and expensive. It's extremely complicated to measure both magnetic and electric properties simultaneously. This creates a need for an intermediate method that offers sub-micron lateral resolution and short measurement times, yet produces enough information about all ferroic properties of a system. To address this issue we developed several optical methods that expand the possibilities of multiferroic characterization. An electric field frequency spectrum magneto-optical Kerr effect setup allows for an effective separation and quantification of surface and strain mediated magnetoelectric coupling effects as demonstrated on Co/ lead zirconate titanate (PZT) ferroic multilayers. Direct electro-magnetic domain mapping with sub-micron lateral resolution was made possible with cryostat ready polarization sensitive confocal microscope. Magnetic field induced changes in ferro-electric response around 50% with 20% variations were observed on barium titanate (BTO)/ lanthanum strontium manganite (LSMO) structure. Furthermore, enhancements to magneto-optical Kerr-effect (MOKE) spectroscope enabled study of the origin of magneto-optical enhancement at plasmonic frequencies in magneto-photonic crystals. This paves the way to plasmon-devices with optimal performance for applications in optical communications and sensing. In this line, we developed a unified theoretical frame for modeling of both saturating and non-saturating magneto-optical effects in diluted colloidal dispersions of magnetic nanoparticles. The model shows remarkably good agreement with experimental data obtained from nickel nanoparticles in hexane and toluene using only tabulated data and no fitting. Hence we can envision the use of optimized hybrid metal/ dielectric composites as platforms for new optical devices and especially for innovative plasmon-based sensors exploiting light polarization instead of reflectance.
Nota:	Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física, 2014
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Llengua:	Anglès
Document:	Tesi doctoral ; Versió publicada
Matèria:	Confocal ; Magneto-electric ; Coupling
ISBN:	9788449043574

Adreça alternativa: https://hdl.handle.net/10803/133353
Adreça alternativa: https://www.educacion.gob.es/teseo/mostrarRef.do?ref=1071543

155 p, 2.1 MB

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