Spectral anomalies in field dependent magneto-optical Kerr effect of ferrimagnetic Mn4N

Abstract

This thesis presents a magneto-optical, optical, and magnetic characteri- zation of a series of ferrimagnetic Mn4N thin films grown on MgO substrates by RF magnetron sputtering. The Mn4N layer thicknesses of the investigated samples ranges from 10 to 70 nm. Structural properties were determined by X-ray reflectometry and diffraction, which also revealed the presence of an α- Mn phase within the Mn4N layers. Diagonal elements of the permittivity ten- sor were obtained from spectroscopic ellipsometry measurements. Spectrally resolved magneto-optical Kerr effect (MOKE) hysteresis loops were measured across photon energy range of 1.3-5.2 eV, revealing spectral anomalies in hystere- sis loop shapes for certain samples. The anomalous loop behavior is described using an empirical model of two hysteresis sub-loops with independent spectral amplitudes, enabling separation of multiple contributions to the Kerr signal. The physical consistency of this decomposition is supported by Kramers-Kronig analysis. Magnetization hysteresis loops were measured using vibrating sample magnetometry (VSM) and showed no anomalous features. The contrast be- tween the MOKE and VSM results is discussed in the context of domain wall contributions and the possible role of α-Mn as a potential pinning center. Fi- nally, off-diagonal...

Obsahem této diplomové práce je magnetooptická, optická a magnetická charakterizace série ferrimagnetických tenkých vrstev Mn4N připravených na substrátech MgO metodou RF magnetronového naprašování. Tloušťky vrstev Mn4N u studovaných vzorků se pohybují v rozmezí 10 až 70 nm. Struk- turní vlastnosti byly určeny pomocí rentgenové reflektometrie a difrakce, která zároveň odhalila přítomnost fáze α-Mn uvnitř vrstev Mn4N. Spektroskopická elipsometrie byla použita ke stanovení diagonálních prvků tenzoru permitivity. Byly změřeny spektrálně rozlišené hysterezní smyčky magnetooptického Ker- rova jevu (MOKE) v rozsahu energií fotonů 1,3-5,2 eV, přičemž u některých vzorků byly pozorovány spektrální anomálie v jejich tvaru. Toto chování je popsáno empirickým modelem dvou dílčích hysterezních smyček s nezávislými spektrálními amplitudami, který slouží k oddělení jednotlivých příspěvků Ker- rova signálu. Fyzikální konzistence této dekompozice je podpořena analýzou Kramersových-Kronigových relací. Dále byly změřeny magnetizační hysterezní smyčky pomocí vibračního magnetometru (VSM), které nevykazovaly žádné anomální rysy. Rozdíl mezi výsledky MOKE a VSM je diskutován v kon- textu příspěvků doménových...