Magnetic nanostructures for spintronic applications

Abstract

The vapor-liquid-solid (VLS) growth of CuMnAs nanowires (NWs) is demonstrated and reportedin this thesis forthe first time. The investigationutilized a novel approach combining molecular beam epitaxy (MBE) with a gallium-catalysed VLS mechanism on etched GaAs (100) substrate. The synthesized NWs were systematically characterized using electron microscopy, 3D electron diffraction tomography, and magnetic force microscopy. The study established a robust framework for growing high-quality, single-crystal CuMnAs NWs with tunable dimensions (up to 5 μm in length, 60 nm in diameter). Notably, the optimized process yielded a pure tetragonal crystal phase, suppressing initial polytypism. The analysis confirmed the NWs were stoichiometric and antiferromagnetic at room temperature. While nanodevices were successfully fabricated, conclusive electrical switching measurements proved challenging. This work provides a critical foundation for exploring quasi-1D antiferromagnetic systems and their integration into spintronic devices.

Tato práce jako první demostruje a dokumentuje růst nanodrátů CuMnAs pomocí metody vapor-liquid-solid (VLS). Výzkum využil nový přístup, který kombinoval epitaxi z molekulárních svazků (MBE) s galiem katalyzovaným mechanismem VLS na preparovaných substrátech GaAs (100). Syntetizované nanodráty byly systematicky charakterizovány pomocí elektronové mikroskopie, 3D elektronové difrakční tomografie a mikroskopie magnetických sil. Studie vytvořila optimalizovaný soubor postupů pro růst vysoce kvalitních, monokrystalických CuMnAs nanodrátů s nastavitelnými rozměry (až 5 µm na délku, 60 nm v průměru). Optimalizovaný proces vedl k růstu nanodrátů v tetragonální krystalové fázi, přičemž byla potlačena počáteční polytypie. Analýza potvrdila, že nanodráty jsou stechiometrické a antiferomagnetické při pokojové teplotě. Přestože byly úspěšně vyrobeny příslušné nanosoučástky, měření elektrického přepínání se ukázalo jako obtížné. Tato práce představuje důležitý první krok ve výzkumu kvazi-jednorozměrných antiferomagnetických materiálů.