Zakład Fizyki Nanostruktur

Mateusz Zelent, 2015

Przedmiotem pracy jest poszukiwanie możliwości wykorzystania fal spinowych do badania własności magnetycznych nanocząstek biologicznych. Praca magisterska została podzielona na trzy etapy. Pierwszy z nich to wstęp teoretyczny gdzie przedstawiono podstawy fizyczne fal spinowych, omówiono techniki wykonywania symulacji mikromagnetycznych oraz własności nanocząstek magnetycznych. Na podstawie uzyskanych informacji z pracy [Peter J. Metaxas, Sensing magnetic nanoparticles using nano-confined ferromagnetic resonances in a magnonic crystal, arXiv:1501.01171v1, (2015)] stwierdzono, że magnetyczne nanocząstki biologiczne mają istotny wpływ na dynamikę magnetyzacji w strukturach magnonicznych i rozpoczęto prace nad zaprojektowaniem układu zdolnego do badania ich właściwości magnetycznych. W rozdziale drugim skupiono się na weryfikacji umiejętności wykonywania symulacji mikromagnetycznych. Aby móc samodzielnie zaprojektować nowy układ stwierdzono, że w pierwszym kroku należy zweryfikować czy wybrane oprogramowanie (pakiet mumax3, który został opublikowany na kilka dni przed podjęciem decyzji) w połączeniu z umiejętnościami badacza daje zgodne z dostępną wiedzą literaturową rezultaty. Pozytywna weryfikacja tych badań pozwoliła na przejście w rozdziale trzecim do właściwego eksperymentu numerycznego, gdzie zaprojektowany od podstaw układ mógłby posłużyć do badania nanocząstek. Założono, że właściwości magnetyczne będą badane poprzez transmisję energii fal spinowych pomiędzy dwoma odseparowanymi falowodami. W miejscu separacji, w odległości kilku nm od falowodów układu umieszczono ośrodek rezonacyjny na którym planuje się nakładać warstwy biologicznych nanocząstek magnetycznych.
Na podstawie pracy [Peter J. Metaxas, Sensing magnetic nanoparticles using nano-confined ferromag-netic resonances in a magnonic crystal, arXiv:1501.01171v1, (2015)] założono, że umieszczenie roztworu nanocząstek biologicznych na powierzchni rezonatora istotnie zmieni jego charakterystykę częstotliwościową drgań własnych, co wpłynie na zmiany transmisji fal spinowych. Jako, że obliczenia numeryczne mają charakter teoretyczny i oszacowanie wpływu nanocząstek na taką strukturę nie jest łatwe, w pracy magisterskiej skupiono się na optymalizacji projektu, jako układu referencyjnego, gotowego do dalszych badań wpływu nanocząstek. Dla zaprojektowanego układu wykonano kilkaset wielogodzinnych symulacji mikromagnetycznych, dla kilku wybranych przedstawiono wyniki badań. Otrzymane rezultaty świadczą, że przyjęte założenie odnośnie możliwej transmisji energii pomiędzy falowodami jest słuszne, a co więcej pozwalają stwierdzić, że tak zaprojektowany układ będzie szczególnie wrażliwy na zmiany właściwości rezonatora. Jako główny wniosek należy podkreślić, że tak zaprojektowany układ zdaje się być przygotowany do przeprowadzenia dalszych badań wpływu nanocząstek biologicznych o właściwościach magnetycznych.