| |
 Warszawa, 24 listopada 2020 Nagroda Prezesa Rady Ministrów dla dr. Michała Grzybowskiego w kategorii wyróżniająca się rozprawa doktorska Antyferromagnetyzm (AFM) jest zjawiskiem magnetycznego uporządkowania jonów w ciałach stałych, takich jak tlenek manganu (MnO),w których sąsiednie jony, zachowujące się jak małe magnesy (w tym przypadku jony manganu, Mn2+), spontanicznie ustawiają sięw przeciwnych kierunkach lub grupują w antyrównoległych układach, tak że makroskopowo substancja nie wykazuje prawie żadnegozewnętrznego namagnesowania. Odkrycie AFM miało miejsce w latach trzydziestych XX wieku i wiąże się z nazwiskami L. V. Shubnikov'ai późniejszych laureatów nagród Nobla L. Neel'a, i L.D. Landau'a. AFM odgrywa kluczową rolę, m. innymi, w zjawisku gigantycznegomagnetooporu, które zostało odkryte w 1988 przez Alberta Ferta i Petera Grünberga, uhonorowanych za to osiągnięcie nagrodą Nobla z fizykiw 2007 roku.
Materiały wykazujące AFM są obiecujące w przyszłych zastosowaniach, w urządzeniach elektronicznych nowej generacji, opartychna wykorzystaniu spinowych stopni swobody atomów do zapisu danych i przetwarzania informacji, czyli w przyrządach spintronicznych.W skali atomowej są one uporządkowane magnetycznie, ale nie przejawiają makroskopowej magnetyzacji, co oznacza, że nie wytwarzają pólrozproszonych i są zasadniczo niewrażliwe na wpływ zewnętrznego pola magnetycznego. Różnią się zatem pod tym względem od przyrządówobecnej generacji do gromadzenia i przetwarzania danych, takich jak pamięci dyskowe lub karty magnetyczne wykorzystujące materiałyferromagnetyczne. Są one wrażliwe na rozmagnesowanie i utratę danych pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Przyrządy opartena zjawisku AFM będą także odporne na zakłócenia w postaci pola elektrycznego czy promieniowania jonizującego, na które są wrażliwewykorzystywane obecnie powszechnie ładunkowe urządzenia informacyjne, takie jak pamięci RAM, czy układy logiczne, w których nośnikieminformacji są ładunki elektryczne.
Rozprawa doktorska pana Michała Jakuba Grzybowskiego dotyczy niezwykle aktualnych i przełomowych badań związanych z mechanizmamiorientowania spinów, a zwłaszcza z odkryciem możliwość manipulacji kierunkiem spinów w antyferromagnetycznym CuMnAs wykorzystującprąd elektryczny, w którym to odkryciu Pan Michał Grzybowski brał czynny udział. Uzyskane wyniki otwierają bowiem możliwość praktycznegozastosowania antyferromagnetyków do zapisu i przetwarzania informacji, szczególnie w sposób naśladujący prace neuronów w mózgu(ang. neuromorphic computing). Doktorat laureata koncentrował się na analizie jak prąd elektryczny wpływa na strukturę domenowąantyferromagnetyka CuMnAs oraz jak pole elektryczne może modyfikować jego własności.
Najważniejszymi osiągnięciami pracy było zaobserwowanie zmian zachodzących w strukturze domenowej CuMnAs pod wpływem prądu elektrycznegoza pomocą technik synchrotronowych i mikroskopii elektronowej, uzyskanie zgodności między sygnałami fotoemisyjnej spektroskopiielektronowej, magnetycznego liniowego dichroizmu promieniowania X i elektrycznymi, zademonstrowanie przestrzennej niejednorodnościprzełączania CuMnAs prądem elektrycznym oraz wykazanie możliwości sterowania i przełączania impulsami prądu orientacji pojedynczejściany domenowej w submikronowych strukturach CuMnAs. Wnioski płynące z doktoratu i publikacji naukowych stanowią istotny wkładw zrozumienie procesu przełączania orientacji spinów antyferromagnetyków prądem elektrycznym, a także otwierają drogę do potencjalnychzastosowań w spintronice [rys. 1].
Tematyka badań pracy doktorskiej zaproponowana panu Grzybowskiemu wywodziła się z doświadczenia jakie w ciągu ostatnich 20 latpracownicy laboratorium SL2 Instytutu Fizyki PAN zgromadzili w dziedzinie aktywnego kontrolowania właściwościami magnetycznymimaterii przy pomocy zewnętrznego pola elektrycznego. Pracownicy tego laboratorium brali między innymi udział w pracach badawczych,które zaowocowały pionierskimi osiągnieciami w historii nauki, wnosząc w te badania swój wkład koncepcyjny i praktyczny. Wykazano,że między innymi, możliwe jest sterowanie właściwościami termodynamicznymi, takimi jak wartość temperatury Curie. Pokazano, że możnasterować przestrzenną orientacją wektora namagnesowanie czy że można zmieniać klasę uporządkowania ferromagnetycznego materiału,np. zamieniać porządek długo zasięgowy na ograniczony do skali mezoskopowej. Logicznym więc było zastosowanie zdobytej wiedzyi praktyki do nowoopracowanych na Uniwersytecie Nottingham w Wielkiej Brytanii magnetycznych układów warstwowych o uporządkowaniuantyferromagnetycznym.
Prace naukowe wykonywane były przez autora rozprawy w ramach aktywnej współpracy międzynarodowej w Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk,na Uniwersytecie w Nottingham (School of Physics and Astronomy, W.Brytania) oraz w Laboratorium Synchrotronowym Diamond Light Source (W. Brytania).Badania opisane w rozprawie zostały docenione przez recenzentów, którzy zawnioskowali o jej wyróżnienie. Wyniki badań były publikowanew Science [1], Physical Review Letters [2], oraz Nature Nanotechnology [3], przedstawiane na konferencjach międzynarodowych i na seminariach.Dotychczas (do listopada 2020) artykuły te były cytowane łącznie ponad 600 razy. Pan Michał Grzybowski został również laureatem konkursuna stypendium Prezesa Polskiej Akademii Nauk dla wybitnych doktorantów za rok 2017. PRACE NAUKOWE: [1] "Electrical switching of an antiferromagnet",
P. Wadley, B. Howells, J. Zelezny, C. Andrews, V. Hills, RP Campion, V. Novak, K. Olejnik, F. Maccherozzi, S.S. Dhesi, S.Y. Martin, T. Wagner, J. Wunderlich,
F. Freimuth, Y. Mokrousov, J. Kunes, J.S. Chauhan, M.J. Grzybowski, A.W. Rushforth, K.W. Edmonds, B.L. Gallagher, T. Jungwirth,
Science 351, 587-590 (2016).
[2] "Imaging Current-Induced Switching of Antiferromagnetic Domains in CuMnAs",
M.J. Grzybowski, P. Wadley, K.W. Edmonds, R. Beardsley, V. Hills, R.P. Campion, B.L. Gallagher, J.S. Chauhan, V. Novak, T. Jungwirth,
F. Maccherozzi, S.S. Dhesi,
Phys. Rev Lett. 118, 057701 (2017).
[3] "Current polarity-dependent manipulation of antiferromagnetic domains",
P. Wadley, S. Reimers, MJ Grzybowski, C. Andrews, Wang, M. Wang, JS Chauhan, B.L. Gallagher, R.P. Campion, K.W. Edmonds, S.S. Dhesi,
F. Maccherozzi, V. Novak, J. Wunderlich, T. Jungwirth,
Nature Nanotechnology 13, 362 (2018).
MATERIAŁY GRAFICZNE:  | Rysunek 1 (za Fig. 1 z pracy [2]):
(a) Mikrofotografia optyczna urządzenia pomiarowego, cienkiej warstwy CuMnAs z krzyżowymi kontaktami elektrycznymi.(b), (c) Dwie zastosowane geometrie impulsów prądu. Strzałki reprezentują aktualne kierunki przepływu prądu elektrycznego,a kontury ilustrują rozkład potencjału elektrostatycznego uzyskany za pomocą obliczeń metodą elementu skończonego.(d) Geometria stosowana do badania stanu magnetycznego sterowanego impulsami elektrycznymi. Dwa stany magnetyczne ustawioneprzez impulsy prądu, oznaczone strzałkami z dwoma grotami, prowadzą do powstania przeciwnego znaku napięcia poprzecznegoV+ - V - wywołanego anizotropowym magnetooporem w próbce. (e) Geometria używany do pomiarów fotoemisyjnejspektroskopii elektronowej i magnetycznego liniowego dichroizmu promieni Roentgena (XMLD-PEEM). Promienie X padają pod kątem16 stopni do powierzchni próbki, z wektorem polaryzacji s w płaszczyźnie próbki.
|
| |