Fabrication and Characterisation of an on-chip Microheater for artificial spin ices
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3105658Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Kunstige spinnis er et magnetisk metamateriale som består av vekselvirkende nanomagneter arrangert ispesielle geometrier. Slike systemer har kompleks dynamikk og egenskaper man ofte ser idatabehandlingssystemer [1]. Temperatur er en viktig parameter for å kontrollere kunstige spinnis systemerettersom det kontrollerer egenskapene til systemet [2]. For å få en dypere forståelse av kunstige spinniskreves det ytterligere forskning og temperaturkarakterisering av kusntig spinnis er en viktig del av dette[3]. I denne oppgaven har vi utviklet og karakterisert en mikrovarmer designet for termisk kontrol avkunstige spinnis. Designet er basert på ohmsk oppvarming og består av en varmer og et termometer somomgir et område hvor spinnis kan plasseres. Fabrikasjonen av mikrovarmeren involverte fotolitografi ogmetallisering. Både gull- og kobbermikrovarmere ble fabrikert og temperaturkoeffisientene ble funneteksprimentelt. Videre brukte vi et testkammer for å kontrollere mikrovarmeren slik at temperaturen kunnereguleres. Resultatet er en mikrovarmer som kan øke temperaturen til spinnis systemenes nøyaktig fraromtemperatur og opp til 130 ◦C. Fremtidig arbeid innebærer ytterligere karakterisering av mikrovarmeren,skape et tilbakekoblingssystem som justere strømmen i sanntid og optimerer testkammeret slik at det erkompatibelt med instrumenter som er i stand til å observere magnetiske kontraster. Artificial spin ice (ASI) is a magnetic metamaterial which consists of interacting nanomagnets arranged invarious geometries. Such ASI ensembles exhibit complex dynamics and may be utilized in computing [1].Temperature is an important parameter to control in ASIs as it dictates the complicity and characteristicsof the system [2]. The temperature characterisation of ASIs requires further exploration and is significantfor a deeper understanding of these systems [3]. In this thesis, we have developed and characterised an onchip microheater designed for thermal characterisation of ASI systems. The microheater design is based onohmic heating and consists of a heater and a thermometer, surrounding an area where ASI structures may beplaced. The fabrication of the microheater involved photolithography, metalization, and lift-off. Both goldand copper microheaters were successfully fabricated and the temperature coefficients for the thin filmswere obtained experimentally. In addition, a test chamber provided precise control of the microheater,thereby allowing us to increase and regulate the temperature. The result is a microheater surrounding ASIscapable of heating ASIs accurately from room temperature up to 130 ◦C. Future work involves furthercharacterisation of the microheater, creating a feedback system which provides a stable temperature andoptimize the test chamber such that it can utilized by instruments capable of observing magnetic contrasts.