Thermal patterning of magnetic nanostructures

Thermal Scanning Probe Lithography (t-SPL) is an innovative nanolithography technique, with several applications ranging from quantum technologies to material science. Nanofabrication through t-SPL employs two different methods: the desired pattern is achieved either by local heating from a SPM hot tip or via direct laser writing. In this work, both methods have been involved in the fabrication of two sample devices. Firstly, a bilayer lift-off procedure with a thermal resist was optimized for the realization of a PMA magnetic nanostructure exhibiting Dzyaloshinskii-Moriya Interaction (DMI) where, accordingly to micromagnetic simulations, the peculiar chirality of the DWs allow a fully electrical DMI strength evaluation. Besides, a local laser crystallization process was developed in order to obtain arbitrary-shaped ferrimagnetic patterns on YIG/GGG. The induced phase change was then studied by Raman Spectroscopy. Eventually a new fabrication technique based on selective wet etching is proposed.

La litografia a scansione di sonda termica (t-SPL) è una tecnica nanolitografica innovativa, con numerose applicazioni che spaziano dalle tecnologie quantistiche alla scienza dei materiali. La nanofabbricazione attraverso la t-SPL include due metodi differenti: il modello desiderato può essere ottenuto sia tramite il riscaldamento locale indotto da una punta ad alta temperatura di un microscopio a scansione, sia mediante una scrittura diretta con sorgente laser. In questo lavoro entrambi i metodi sono stati impiegati nella fabbricazione di due campioni. In primo luogo, è stato ottimizzato un processo di modellatura con resist termico per la realizzazione di una nanostruttura magnetica con interazione di Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), in cui, secondo simulazioni micromagnetiche, è possibile effettuare una misura elettrica dell’intensità della DMI. Successivamente, è stato sviluppato un processo di cristallizzazione locale tramite radiazione laser su un film sottile di YIG/GGG, con il fine di ottenere su di esso zone ferrimagnetiche di forma arbitraria. Il cambio di fase indotto è stato in seguito studiato grazie alla spettroscopia Raman. Infine un nuovo metodo di nanofabbricazione è stato ideato.