Zapraszamy do uczestnictwa w ścieżkach zwiedzania organizowanych comiesięcznie przez Zakład Fizyki Nanomateriałów po wykładach otwartych na Wydziale Fizyki UAM.

https://wykotw-fizyka.home.amu.edu.pl

Propozycje prac dyplomowych oferowanych przez Zakład Fizyki Nanostruktur

Proposals of dissertations offered by Department of Physics of Nanostructures (some of the proposals are in polish only)

Fale spinowe w ośrodkach zmiennych w czasie
praca licencjacka lub magisterska,
kierunek: Fizyka,
promotor: prof. dr hab. Paweł Gruszecki (gruszecki@amu.edu.pl)

Cel: Zbadanie jak ośrodki o parametrach zmieniających się w czasie wpływają na dynamikę fal spinowych.
Motywacja: Media zmienne w czasie są szczególnie interesujące dla propagacji fal (np. fal elektromagnetycznych, akustycznych, spinowych) ze względu na zjawiska, które pojawiają się, gdy właściwości medium zmieniają się w czasie. Efekty te mogą prowadzić do nowych, często sprzecznych z intuicją, zachowań, które nie występują w mediach statycznych. Badania nad ośrodkami zmiennymi w czasie są intensywnie prowadzone w fotonice koncentrującej sią na falach elektromagnetycznych. Natomiast dla fal spinowych, które są precesyjnymi zaburzeniami namagnesowania, to wciąż nowa dziedzina badań. Fale spinowe uznawane są za obiecujący nośnik informacji, zwłaszcza w zastosowaniach wykraczających poza tradycyjną technologię CMOS, takich jak sprzętowo realizowane sieci neuronowe.
Metody: badania teoretyczne przy wykorzystaniu symulacji numerycznych (np. mumax3, Comsol Multiphysics)

Obliczenia neuromorficzne przy wykorzystaniu fal spinowych
praca licencjacka, inżynierska lub magisterska,
kierunek: Fizyka (lic/mgr), Technologie Komputerowe (inż), Aplikacje Internetu Rzeczy (mgr)
promotor: prof. dr hab. Paweł Gruszecki (gruszecki@amu.edu.pl)

Cel: Zbadanie układów umożliwiającymi obliczenia neuromorficzne (np. obliczenia rezerwuarowe)
Motywacja: W dobie szybkorosnącego zapotrzebowania na rozwiązania AI pojawia się potrzeba stworzenia nowych technologii umożliwiających bardziej efektywną realizację obliczeń neuromorficznych. Obiecującym nośnikiem informacji w tym kontekście są fale spinowe, czyli precesyjne zaburzenia namagnesowania, których natura jest silnie nieliniowa a częstotliwości rzędu GHz.
Metody: badania teoretyczne przy wykorzystaniu symulacji numerycznych (np. mumax3)

Fale spinowe w hybrydowych nanostrukturach: ferromagnetyk – nadprzewodnik
praca licencjacka, inżynierska lub magisterska,
kierunek: Fizyka, Technologie Komputerowe, Aplikacje Internetu Rzeczy
promotor: prof. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Prądy Meissnera w nadprzewodniku i magnetyzacja w ferromagnetyku mogą być sprzężone ze sobą za pośrednictwem pola magnetycznego. Zadaniem dyplomanta będzie przeprowadzenie badań numerycznych wpływu takiego sprzężenia na dynamikę magnetyzacji.
Stypendium 1500 zł/miesiąc

Efekt Barnetta dla fal spinowych
praca licencjacka, inżynierska lub magisterska,
kierunek: Fizyka, Technologie Komputerowe, Aplikacje Internetu Rzeczy
promotor: prof. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Obroty ferromagnetycznego ciała wpływają na jego namagnesowanie. Praca dyplomowa będzie dotyczyła badań wpływu ruchu obrotowego ferromagnetyka na dynamikę fal spinowych.

Dynamika worteksów w nadprzewodzącej antenie mikrofalowej
praca magisterska,
kierunek: Fizyka, Aplikacje Internetu Rzeczy
promotor: prof. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Worteksy Abrikosova mogą wykonywać oscylacyjne ruchy w nadprzewodzącym pasku pod wpływem prądu lub pola mikrofalowego. Dzięki pole magnetyczne oscylujących worteksów zmienia znacząco całkowite dynamiczne pole wytwarzanie przez pasek (antenę). Zadaniem studenta będzie przeprowadzanie symulacji numerycznych polegających na rozwiązaniu czasowo zależnego równania Ginzburga-Landaua.
Stypendium 1500 zł/miesiąc

Dioda dla fal elastycznych wykorzystująca efekt sprzężenia magnetorotacyjnego
praca licencjacka lub magisterska,
kierunek: Fizyka, Aplikacje Internetu Rzeczy, Technologie komputerowe
promotor: prof. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Sprzężenie magnetorotacyjne jest specyficznym rodzajem odziaływania magnetoelastycznego występującym w materiałach ferromagnetycznych z anizotropią magnetyczną. W wyniku tego sprzężenia niektóre rodzaje fal elastycznych charakteryzują się różną długością przy przeciwnych kierunkach propagacji. Zadaniem dyplomanta będzie zbadanie możliwości zaprojektowania diody dla fal spinowych bazującej na tym efekcie.

Stany powierzchniowe i międzypowierzchniowe w kwasikryształach magnonicznych
praca licencjacka lub magisterska,
kierunek: Fizyka, Aplikacje Internetu Rzeczy, Technologie komputerowe
promotor: prof. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Kwazikryształy magnoniczne są kompozytami magnetycznych charakteryzującymi się nieperiodycznym uporządkowaniem, które powadzi (podobnie jak w kryształach magnonicnzych) do pojawienia się przerw częstotliwościowych w widmie fal spinowych. Zadaniem studenta będą teoretyczne i numeryczne badania stanów zlokalizowanych, pojawiających się na powiedzeniach lub na granicach pomiędzy kwazikryształami magnonicznymi.

Kompaktowa lokalizacja i płaskie pasma dla fal spinowych w kryształach magnonicznych
praca licencjacka lub magisterska,
kierunek: Fizyka, Aplikacje Internetu Rzeczy, Technologie komputerowe
promotor: prof. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

W złożonych strukturach krystalicznych, w których elementy z jednej podsieci mają najbliższych sąsiadów tylko w innej podsieci (np. sieciach Lieba lub sieciach Kagome) występują płaskie pasma częstotliwościowe o zerowej prędkości grupowej modów i nietypowej formie ich lokalizacji. Praca dyplomowa będzie polegała na wyznaczaniu widm kryształów magnonicznych o wspomnianych właściwościach.

Badanie stanów powierzchniowych dla fal spinowych w sztucznych antyferromagnetykach (praca mgr)
praca licencjacka lub magisterska,
kierunek: Fizyka, Aplikacje Internetu Rzeczy, Technologie komputerowe
promotor: prof. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Syntetyczne antyferromagnetyki są magnetycznymi nanostrukturami, w których występują dwa identyczne lecz przeciwnie namagnesowane nanoelementy (np. warstwy). Zadaniem studenta będzie badanie warunków występowania stanów powiedzeniowych (krawędziowych) w skończonych sekwencjach kryształów magnonicznych o strukturze syntetycznego antyferromagnetyka.

Symulacja transmisji pakietu fal spinowych przez barierę
praca licencjacka,
kierunek: Fizyka, Technologie komputerowe
promotor: prof. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Dla fal spinowych, podobnie jak fal materii, obserwuje się zjawisko tunelowania. Praca dyplomowa będzie polegała na przeprowadzeniu symulacji numerycznych transmisji pakietu fal spinowych przez barierę pola magnetycznego.

Badanie dynamiki dwóch sprzężonych momentów magnetycznych
praca licencjacka,
kierunek: Fizyka, Technologie komputerowe
promotor: prof. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Widmo modów własnych dwóch sprzężonych, precesujących momentów magnetycznych charakteryzuje się dwoma częstotliwościami własnymi – analogicznie jak w przypadku dwóch sprzężonych wahadeł matematycznych. Zadaniem studenta będzie badanie dynamiki pary sprzężonych momentów magnetycznych.

Budowa wirtualnego środowiska do obliczeń wielkoskalowych w centrum syperkomputerowym – projekt DEVOPS + Python
praca licencjacka,
kierunek: Aplikacje Internetu Rzeczy, Technologie komputerowe
promotor: dr Mateusz Zelent (mateusz.zelent@amu.edu.pl)

Opracowanie i implementacja oprogramowania automatyzującego konfigurację, uruchamianie i monitorowanie środowisk obliczeniowych w oparciu o technologie wirtualizacji i konteneryzacji (Docker, Podman) oraz menedżery klastrów (Slurm). Projekt ma na celu zwiększenie wydajności i efektywności dużych symulacji naukowych w środowiskach HPC.

Zarządzanie symulacjami mikromagnetyczymi i danymi z wykorzystaniem wirtualizacji
praca licencjacka lub magisterska,
kierunek: Fizyka, Aplikacje Internetu Rzeczy, Technologie komputerowe
promotor: dr Mateusz Zelent (mateusz.zelent@amu.edu.pl)

Rozwój aplikacji webowej w Svelte / Django do zarządzania symulacjami mikromagnetycznymi oraz przetwarzania i analizy wyników w oparciu o technologie wirtualizacji (Podman, Docker). Projekt zakłada integrację z systemami zarządzania klastrami (np. Slurm) oraz funkcjonalności automatyzujące pracę naukowo-obliczeniową.

Study of Time-Varying Wave Processes in Metagratings and Metasurfaces
Bachelor / Master / PhD thesis,
supervisor: prof. Andriy Serebryannikov (andser@amu.edu.pl)

Study of Biased Topological States in Advanced Metastructures 
Master / PhD thesis,
supervisor: prof. Andriy Serebryannikov (andser@amu.edu.pl)

Advanced Multiresonance Structures with Epsilon-Near-Zero Components
Bachelor / Master / PhD thesis,
supervisor: prof. Andriy Serebryannikov (andser@amu.edu.pl)

Design of Metasurfaces Comprising High-Index Materials 
Master / PhD thesis,
supervisor: prof. Andriy Serebryannikov (andser@amu.edu.pl)

Exploring Janus Metagratings and Metasurfaces
Master / PhD thesis,
supervisor: prof. Andriy Serebryannikov (andser@amu.edu.pl)

Design of Resonators Comprising High-Index Materials and Metasurfaces on their basis
Master / PhD thesis,
supervisor: prof. Andriy Serebryannikov (andser@amu.edu.pl)

Design of new Metasurfaces and Heterostructures for Spatial Light Structuring
Master / PhD thesis,
supervisor: prof. Andriy Serebryannikov (andser@amu.edu.pl)

Symmetric responses and non-Hermiticity in passive nonsymmetric metagratings
Master / PhD thesis,
supervisor: prof. Andriy Serebryannikov (andser@amu.edu.pl)

Wizualizacja 3D dynamiki magnetyzacji w oprogramowaniu Blender
praca inżynierska,
kierunek: Technologie Komputerowe,
promotor: dr Mateusz Zelent (mateusz.zelent@amu.edu.pl)

Wizualizacja danych pochodzących z pomiarów eksperymentalnych i symulacji komputerowych jest niezbędna do pełnego zrozumienia zjawisk fizycznych. W kontekście dynamiki magnetyzacji mamy do czynienia z dwuwymiarową mapą kolorów lub trójwymiarowym polem wektorowym. Celem pracy inżynierskiej jest stworzenie oprogramowania w języku Python działającego w oparciu o API Blendera (https://www.blender.org/) – programem do projektowania grafiki 3D. Zadaniem programu ma być tworzenie dynamicznych animacji na podstawie danych eksperymentalnych lub symulacji komputerowych. Praca inżynierska ma charakter projektowy i jej zadaniem jest stworzenie gotowego rozwiązania udostępnionego na zasadach Open Source.

Budowa dynamicznego, interaktywnego i responsywnego, portalu informacyjnego w technologii RWD na podstawie frameworku Boostrap
praca inżynierska,
kierunek: Technologie Komputerowe,
promotor: dr Mateusz Zelent (mateusz.zelent@amu.edu.pl)

Projekt ma na celu zdobycie doświadczenia w budowie dynamicznych, nowoczesnych i responsywnych stron internetowych z wykorzystaniem najnowszych wersji języków PHP, CSS, JS (jQuery, AngularJS) oraz frameworku Boostrap. Portal ma posiadać możliwość dynamicznego modyfikowania treści i elementów struktury portalu (panel administracyjny oparty na bazie danych (np. MySQL), a jego interfejs powinien być zgodny z najnowszymi standardami i wymaganiami stron responsywnych.

Kwazikryształy i fraktale w przestrzeni rzeczywistej i odwrotnej
praca licencjacka/inżynieryjna,
kierunek: Fizyka, Fizyka Medyczna, Technologie Komputerowe,
promotor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

W ramach pracy licencjackiej planowane jest opracowanie kodu komputerowego (w Pythonie lub C++) do generacji dwuwymiarowych i jednowymiarowych struktur kwazikrystalicznych i wyznaczenia czynników strukturalnych w przestrzeni odwrotnej, czyli policzenie transformat Fouriera. Opracowane oprogramowanie będzie wykorzystane do projektowania układów do kontroli fal (spinowych czy akustycznych) w strukturach aperiodycznych pod kątem ich możliwego zastosowania do projektowania czujników.

Meta-powierzchnie dla fal spinowych: badanie zmiany fazy i amplitudy fal spinowych na granicy
pomiędzy dwoma ośrodkami magnetycznymi przy wykorzystaniu symulacji numerycznych
praca licencjacka,
kierunki: Fizyka, Technologie komputerowe,
promotor: prof. dr hab. Paweł Gruszecki (pawel.gruszecki@amu.edu.pl)
opiekun: mgr Krzysztof Sobucki

Celem projektu jest systematyczne zbadanie zmian amplitudy i fazy fal spinowych odbitych i załamanych na granicy pomiędzy dwoma ośrodkami magnetycznymi przy wykorzystaniu symulacji numerycznych (mumax3 – metoda różnic skończonych w dziedzinie czasu, lub Comsol Multiphysics – metoda elementów skończonych w dziedzinie czasu) wspartych prostymi modelami analitycznymi. Wyniki otrzymanych badań zostaną następnie wykorzystane do projektowania meta-soczewek dla fal spinowych.

Badanie dynamiki w układach z złamaną symetrią PT (Parity-Time) na bazie modelu sprzężonych oscylatorów
praca licencjacka,
kierunki: Fizyka,
promotor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

Celem pracy jest poznanie podstawowych dynamicznych właściwości układów z symetrią PT i z złamaną tą symetrią. Badania przeprowadzone będą w oparciu o model sprzężonych oscylatorów poddanych działaniu dodatkowych czynników, takich jak wymuszenie, tłumienie, czy niewzajemne oddziaływanie z otoczeniem. Rozwiązania tego modelowego układu powinny pokazać bogactwo zjawisk występujących w układach harmonicznych jeśli w wyniku oddziaływań złamane zostaną pewne symetrie układu. 

Study of the dynamics in the coupled oscillators with broken PT symmetry
bachelor thesis,
degree course: physics,
supervisor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

The aim of the thesis is to learn the basic dynamic properties of systems with and with broken PT symmetry. The research will be carried out on the basis of a model of coupled oscillators exposed to additional factors, such as excitation, damping or non-mutual interaction with the environment. The solutions of this model system should show the wealth of phenomena occurring in harmonic systems if some symmetries of the system are broken as a result of interactions.

Badania dynamiki paczki fal spinowych rozchodzącej się w niejednorodym układzie

Dla pewnych orientacji pola magnetycznego minimalna częstotliwość fal spinowych odpowiada skończonej długości fali. Ta własność powoduje, że dynamika paczek falowych (czyli zlokalizowanych w przestrzeni wzbudzeń falowych) wykazuje niezwykłe własności w przypadku fal spinowych. Student w pracy magisterskiej rozwinie badania przedstawione w pracy [1].
Badania we współpracy z prof. Kruglyakiem z Uniwerystetu w Exeter.
[1] Phys. Rev. B 103, 184403 (2021)

  Study of the dynamics of a spin wave packet propagating in an inhomogeneous system
bachelor (or master) thesis,
degree course: physics,
supervisor: prof. UAM dr hab. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

For certain magnetic field orientations, the minimum frequency of spin waves corresponds to a finite wavelength. This property causes the dynamics of wave packets (i.e., localized wave excitations in space) to exhibit unusual properties for spin waves. The student in the thesis will develop the research presented in paper [1].
The project will be carried out in collaboration with Prof. Kruglyak’s group at the University of Exeter.
[1] Phys. Rev. B 103, 184403 (2021)

Symulacja transmisji pakietu fal spinowych przez barierę
praca licencjacka (lub magisterska),
kierunki: Fizyka, Aplikacje Internetu Rzeczy
promotor: prof. UAM dr hab. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Tematem pracy magisterskie będą symulacje numeryczne zjawiska tunelowania dipolowej fali spinowej przez barierę wytworzoną w cienkiej warstwie magnetycznej przez przerwanie ciągłości materiału magnetycznego. Badania będą rozszerzeniem pracy [1] dotyczącej tunelowania fal spinowych.
[1] Sci. Rep. 8, 17944 (2018)

Badanie dynamiki dwóch sprzężonych momentów magnetycznych
praca licencjacka (lub inżynierska),
kierunki: Fizyka, Technologie komputerowe
promotor: prof. UAM dr hab. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Celem pracy licencjackiej będzie przeprowadzenie badań analitycznych i symulacyjnych dynamiki dwóch oddziałujących klasycznie (czyli dipolowo) momentów magnetycznych, umieszczonych w jednorodnym polu magnetycznym. Badania będą podzielone na dwa etapy: (i) wyznaczenie równowagowej konfiguracji momentów magnetycznych dla zadanego kierunku i wartości zewnętrznego pola magnetycznego, (ii) wyznaczenie modów własnych dla małych wychyleń momentów magnetycznych z położeń równowagi.

   A study of the dynamics of two coupled magnetic moments
bachelor (or engineering) thesis,
degree course: physics,
supervisor: prof. UAM dr hab. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

The purpose of this bachelor thesis will be to conduct analytical and simulation studies of the dynamics of two interacting classical (i.e., dipole) magnetic moments placed in a uniform magnetic field. The study will be divided into two steps: (i) determination of the equilibrium configuration of the magnetic moments for a given direction and value of the external magnetic field, (ii) determination of the eigenmodes for small amplitude precession of the magnetic moments around equilibrium positions.

Opracowanie programu w języku C++ służącego do przetwarzania i wizualizowania trójwymiarowych danych wektorowych przy wykorzystaniu technologii CUDA.
studia magisterskie,
kierunek: Fizyka, Aplikacje Internetu Rzeczy,
opiekun: dr Mateusz Zelent (mateusz.zelent@amu.edu.pl)
promotor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

Projekt ma na celu zdobycie znajomości i praktycznych umiejętności wykorzystania języka C++ wraz z wykorzystaniem technologii przetwarzania równoległego CUDA. Przedmiotem pracy będzie opracowanie oprogramowania i weryfikacja poprawności działania programu poprzez odtworzenie przykładowych danych literaturowych.

Bi-stabilne stany skyrmionowe w nanokropkach magnetycznych – modelowanie numeryczne
studia magisterskie,
kierunek: Fizyka,
opiekun: dr Mateusz Zelent (mateusz.zelent@amu.edu.pl)
promotor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

Celem projektu będzie prowadzenie badań o bi-stabilnych stanach skyrmionowych w heterogenicznych nanostrukturach ferromagnetycznych w formie nanokropek. Zadaniem magistranta będzie badanie wpływu parametrów materiałowych na proces stabilizacji i generacji bi-stabilnych stanów skyrmionowych w zależności od średnicy dysku, a także właściwości statycznych i dynamicznych skyrmionów wyindukowanych w dwuwymiarowej sieci nanokropek. Badania będą prowadzone przy wykorzystaniu ogólnie dostępnego oprogramowania mumax3 (http://mumax.github.io/ ) do symulacji mikromagnetycznych.

(a) Konfiguracja magnetyczna w skyrmionie typu Neela i (b) wielowarstwa magnetyczna w sprzyjające stabilizacji skyrmionów Neela.
Rysunek zaczerpnięty z pracy: M. Zelent et. al. Phys. Status Solidi RRL 2017, 1700259 (2017). © WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Soczewka magnoniczna – soczewkowanie fal spinowych z wykorzystaniem metapowierzchni wytworzonej na granicy dwóch ferromagnetyków
studia magisterskie,
kierunek: Fizyka,
opiekun: dr Mateusz Zelent (mateusz.zelent@amu.edu.pl)
promotor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

Celem naukowym projektu jest prowadzenie badań naukowych nakierowanych na wyjaśnienie zjawiska soczewkowania biegnących fal spinowych przy wykorzystaniu meta-powierzchni (bardzo wąskiego obszaru o zmienionych właściwościach materiałowych) na granicy dwóch ferromagnetyków. Badania będą prowadzone przy wykorzystaniu ogólnie dostępnego oprogramowania mumax3 (http://mumax.github.io/) do symulacji mikromagnetycznych.

Intensywność fali spinowej w cienkiej warstwie ferromagnetycznej po przejściu przez metapowierzchnię – rezultat symulacji mikromagnetycznych. M. Zelent (2017).

Magnonic lenses – lensing of the spin waves with the use of metsurfaces formed at the interface between two ferromagnets.
master thesis,
degree course: physics,
co-supervisor: dr Mateusz Zelent (mateusz.zelent@amu.edu.pl)
supervisor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

Badanie widma fal spinowych w wielowarstwach o silnej prostopadłej anizotropii magnetokrystalicznej namagnesowanych z periodyczną strukturą domenową
praca magisterska,
kierunki: Fizyka, Aplikacje Internetu Rzeczy,
opiekun: prof. dr hab. Paweł Gruszecki (pawel.gruszecki@amu.edu.pl)
promotor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

Celem projektu jest opisanie wpływu konfiguracji magnetycznej na dynamikę fal spinowych w cienkich warstwach z silną anizotropią prostopadłą. Badania będą skoncentrowane na analizie dyspersji fal spinowych w układach wielowarstwowych z regularną strukturą domenową, np. z magnetycznymi domenami paskowymi (ang. magnetic stripe domains). Podstawowym narzędziem magistranta będą obliczenia numeryczne z wykorzystaniem pakietów do symulacji mikromagnetycznych.

Paskowa struktura domen magnetycznych w cienkiej warstwie magnetycznej z anizotropią prostopadłą do warstwy. Rysunek zaczerpnięty z pracy: C. Banerjee, et. al. Phys. Rev. B 96, 024421 (2017).  © American Physical Society.

  Study of the spin-wave spectrum in multilayers with strong perpendicular magnetic anisotropy and periodic stripe domains
master thesis,
degree course: physics,
supervisor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

Kolektywne drgania w sieciach skyrmionowych – kontrola oddziaływania pomiędzy topologicznymi stanami magnetyzacji
praca magisterska,
kierunki: Fizyka,
promotor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

Celem projekt jest zbadanie wpływu lokalnych oddziaływań między sąsiednimi nanokropkami na kolektywne fale rozchodzące się w układzie złożonym z sieci sprzężonych nanokropek magnetycznych w różnych konfiguracjach magnetycznych: w nasyceniu, w stanie worteksowym czy w stanie skyrmionowym. Celem prowadzonych badań jest znalezienie sposobu efektywnej kontroli rozchodzących się fal spinowych, pod kątem zastosowań w przetwarzaniu informacji. Badania będą prowadzone przy wykorzystaniu ogólnie dostępnego oprogramowania mumax3 do symulacji mikromagnetycznych lub rozwijanych modeli analitycznych. Wyniki prowadzonych badań posłużą do przygotowania publikacji naukowej.

Łańcuch nanokropek w stanie skyrmionowym. Kontrola punktu łączącego dwie sąsiednie kropki może stworzyć możliwość efektywnego sterowania informacją przesyłaną pulsami fal spinowych wzdłuż łańcucha. Rysunek zaczerpnięty z pracy: M. Mruczkiewicz et. al. Phys. Rev. B 93, 174429 (2016).  © American Physical Society.

   Collective excitations in the skyrmion lattice–control of the interaction between the magnetic topological states
master thesis,
degree course: physics,
supervisor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

Magnoniczne kryształy czasoprzestrzenne i ich oddziaływanie z falami spinowymi         
praca magisterska,
kierunki: Fizyka, Aplikacje Internetu Rzeczy,
opiekun: prof. dr hab. Paweł Gruszecki (pawel.gruszecki@amu.edu.pl)
promotor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

W ośrodku magnetycznym, na skutek oddziaływania pomiędzy momentami magnetycznymi, mogą rozchodzić się fale koherentnie precesujących się momentów magnetycznych. Fale te, zwane falami spinowymi, mogą przenosić energię i informację, podobnie jak fale o innej naturze (np. fale elektromagnetyczne). Jedną z podstawowych metod nadających się do modyfikacji relacji dyspersji fal spinowych jest wprowadzenie periodycznej modulacji właściwości magnetycznych. Utworzona w ten sposób struktura periodyczna nazywana jest typowo kryształem magnonicznym i charakteryzuje się występowaniem pasm częstotliwości z zakresami częstotliwości zabronionych. W 2012 roku F. Wilczek zaproponował koncepcję kryształów czasoprzestrzennych, tj. kryształów periodycznych zarówno w czasie jak i przestrzeni.

Ogólnym celem tego projektu jest analiza generacji czasoprzestrzennych kryształów magnonicznych w nieskończonym jednomodowym falowodzie magnonicznym. Drugim, dodatkowym celem jest badanie propagacji fali spinowej w teksturze magnetyzującej periodycznej zarówno w przestrzeni jak i w czasie. Student przeprowadzi symulacje mikromagnetyczne różnych falowodów pompowanych przestrzennie jednorodnym polem mikrofalowym o częstotliwości radiowej i przeanalizuje odpowiedź magnetyczną układu. Na podstawie analizy tych wyników student sformułuje teoretyczny opis mechanizmów i specyficznych warunków wymaganych do wygenerowania czasoprzestrzennego kryształu magnonicznego w wąskim pasku ferromagnetycznym.

Profil studenta: Student powinien posiadać wykształcenie w zakresie fizyki oraz zainteresowanie badaniami teoretycznymi w zakresie magnetyzmu. Dobra znajomość języka angielskiego, motywacja i zdolność do pracy w zespole są niezbędne. Doświadczenie w modelowaniu statycznych i/lub dynamicznych właściwości magnetycznych nanostruktur będzie dodatkowym atutem. Przydatne będzie również doświadczenie w programowaniu i automatyzacji zbierania danych/analizy wyników (np. Python, MatLab, Mathematica).

     Spatiotemporal magnonic crystalls and their influence on spin waves
master thesis,
degree course: physics, applications of the Internet of Things
co-supervisor: prof. dr hab.Paweł Gruszecki (pawel.gruszecki@amu.edu.pl)
supervisor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

Magnetic moments can rotate in precessional motion around the direction of the static magnetic field if they are pushed out from the equilibrium position (e.g. by application of the radiofrequency field, or by thermal excitation). In a magnetic medium, due to the interaction between magnetic moments, the waves of coherently precessing magnetic moments can propagate. These waves, called spin waves, can transmit energy and information, similarly like waves of a different nature (e.g. electromagnetic waves or elastic waves). The systems, which use the spin waves for processing and transmitting information can fill the gap between electronics and photonics. One of the primary methods suitable for spin wave dispersion relation modification is the introduction of a periodical modulation of magnetic properties. Created in such a way periodic structure is typically referred to as magnonic crystal and is characterized by the existence of frequency bandgaps with ranges of forbidden frequencies. The concept of periodic modulation was just recently extended from space into time, leading to the idea of a time crystal by Wilczek in 2012. The combination of space and time symmetry breakings defines a so-called Space-Time Crystal that exhibits periodicity in space and time.

The general objective of this project is the analysis of the generation of the space-time magnonic crystals in an infinite single-mode magnonic waveguide. The second, additional objective is the study of spin-wave propagation in a magnetization texture that is periodic both in space and time. The student will perform micromagnetic simulations of various waveguides pumped by spatially uniform radio-frequency microwave fields and analyze the magnetic response of the system. Based on the analysis of these results, the student will formulate a theoretical description of the mechanisms and specific conditions required to generate space-time magnonic crystal in a narrow ferromagnetic stripe.

Profile of the Student: The ideal Student should have a background in Solid-State Physics and/or wave optics and a clear interest in theoretical research in magnetism. Good knowledge of English, self-motivation and the ability to work as part of a team are necessary. Experience in the modelling of static and/or dynamic magnetic properties of nanostructures is of advantage. Experience in programming and automating data acquisition/analysis of results (e.g. Python, MatLab, Mathematica) will also be useful.

Badanie oddziaływania pomiędzy modami rotacyjnymi w falowodach ferromagnetycznych
praca magisterska,
kierunki: Fizyka,
opiekun: dr Krzysztof Szulc
promotor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

Celem projektu będzie zbadanie oddziaływania pomiędzy dwoma falowodami ferromagnetycznymi o różnych przekrojach. W szczególności nacisk będzie nałożony na mody rotacyjne i ich wzajemne oddziaływanie, a także na ewentualną możliwość ich wykorzystania do stworzenia urządzenia magnonicznego. Badania będą prowadzone przy wykorzystaniu oprogramowania COMSOL Multiphysics.

   Study of the interaction between rotational modes in the ferromagnetic guides
master thesis,
degree course: physics,
co-supervisor: dr Krzysztof Szulc
supervisor: prof. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

The project will investigate the interaction between two ferromagnetic waveguides with different cross-sections. In particular, the emphasis will be on the rotational modes and their interactions and their possible use to create a magnonic device. The research will be conducted with the use of COMSOL Multiphysics software.

Fale spinowe i prądy wirowe w hybrydach ferromagnetyk/nadprzewodnik
praca magisterska,
kierunki: Fizyka,
promotor: prof. UAM dr hab. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Badania prowadzone w ramach pracy magisterskiej będą polegały na symulacjach numerycznych dynamiki prądów krawędziowych w nadprzewodniku i fal spinowych w ferromagnetyku. Obie części układu będą miały postać płaskich nanoelementów odizolowanych elektrycznie i sprzężonych jedynie przez pole magnetycznie.
Projekt będzie realizowany we współpracy z grupą prof. Dobrovolskiy’ego z Uniwersytetu Wiedeńskiego.

  Spin waves and eddy currents in ferromagnetic/superconductor hybrids
master thesis,
degree course: physics,
supervisor: prof. UAM dr hab. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

The research conducted in the thesis will consist of numerical simulations of the dynamics of eddy currents in a superconductor and spin waves in a ferromagnet. Both parts of the system will be in the form of flat nano-elements electrically isolated and coupled only by a magnetic field.
The project will be carried out in collaboration with Prof. Dobrovolskiy’s group at the University of Vienna.

Topologiczne stany powierzchniowe dla fal spinowych w syntetycznych antyferromagnetykach
praca magisterska,
kierunki: Fizyka,
promotor: prof. UAM dr hab. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Nanoelemety magnetyczne z tzw. magnetyczną anizotropią kształtu (paski, elipsoidy) mogą być sprzężone w podobny sposób jak makroskopowe magnesy. W szczególnym przypadku namagnesowanie nanoelemntów może być antyrównolegle, tak jak w przypadku magnetycznych atomów w antyferromagnetykach. Celem projektu będzie badanie dynamiki fal spinowych w skończonych łańcuchach antyferromagnetycznie sprzężonych nanoelemantów i określenie warunków istnienia topologicznych stanów powierzchniowych, dla których amplituda fali spinowej jest skoncentrowana na końcach łańcucha.
Appl. Phys. Lett. 118, 110501 (2021)
Nature Physics 14, 217–219 (2018)

Topological edge states for spin waves in synthetic antiferromagnets
master thesis,
degree course: physics,
supervisor: prof. UAM dr hab. Jarosław W. Kłos (klos@amu.edu.pl)

Magnetic nanoelemets with so-called magnetic shape anisotropy (stripes, ellipsoids) can be coupled in a similar way as macroscopic magnets. In a special case, the magnetization of nanoelemnts can be antiparallel, as in the case of magnetic atoms in antiferromagnets. The goal of this project is to study the spin wave dynamics in finite chains of antiferromagnetically coupled nanoelectromagnets and determine the conditions for the existence of topological edge states for which the spin wave amplitude is concentrated at the ends of the chain.
Appl. Phys. Lett. 118, 110501 (2021)
Nature Physics 14, 217–219 (2018)

Study of spin wave hybridization in magnonic structures
Badanie hybrydyzacji fal spinowych w strukturach magnonicznych
master thesis,
degree course: physics, quantum information and spintronics
supervisor: prof. UAM dr hab. Sławomir Mamica (room 186, seg. G; mamica@amu.edu.pl)

Magnonics [1] is a field of science focused on the study and application of spin waves (magnons), which are collective excitations of magnetization. Due to their unique properties, spin waves offer new possibilities in the areas of information storage and processing. The significant increase in interest in this field observed in recent years is primarily due to the development of several key magnonic devices aimed at enabling computations directly on spin waves, such as diodes, circulators, and delay lines [2]. All these systems rely on the coupling between different types of spin-wave modes and the accompanying hybridization. The phenomenon of hybridization is therefore particularly important from the perspective of applications, as it allows manipulation of the propagation of spin waves using physical quantities such as magnetic fields, electric fields, or temperature. One of the more important structures that are the subject of interest in magnonics are two-dimensional magnonic crystals (2D MCs). As periodic composites, they are the magnetic counterpart of structures such as photonic or phononic crystals. In such systems, the hybridization of spin waves has been observed both theoretically [3] and experimentally [4].

The aim of this master thesis is to theoretically investigate the hybridization of spin waves in two-dimensional magnonic crystals (2D MCs). The theoretical method chosen to carry out this analysis is the Plane Wave Method (PWM), which has been successfully applied to study spin waves in MCs. We are interested in how the structure of MCs and other physical conditions (such as external magnetic fields) affect hybridization, as well as the consequences of hybridization itself, meaning its impact on the behavior of spin waves. Of course, this topic is very broad, so after obtaining preliminary results, the final shape of this master thesis will be specified.

Magnonika [1] to dziedzina nauki zajmująca się badaniem i wykorzystaniem fal spinowych (magnonów), tj. kolektywnych wzbudzeń magnetyzacji. Dzięki swoim unikalnym właściwościom fale spinowe oferują nowe możliwości w obszarze przechowywania i przetwarzania informacji. Obserwowany w ostatnich latach znaczący wzrost zainteresowania tą dziedziną jest głównie spowodowany opracowaniem kilku podstawowych urządzeń magnonicznych, które mają na celu umożliwienie obliczeń bezpośrednio na falach spinowych, takich jak dioda, cyrkulator, czy też pętla opóźniająca [2]. Wszystkie te układy opierają się na sprzężeniu pomiędzy różnymi typami modów falowo-spinowych oraz towarzyszącej im hybrydyzacji. Zjawisko hybrydyzacji jest zatem szczególnie ważne z punktu widzenia zastosowań, tj. z powodu możliwości manipulacji propagacją fal spinowych za pomocą wielkości fizycznych, takich jak pole magnetyczne, pole elektryczne czy temperatura. Jedną z ważniejszych struktur będących obiektem zainteresowania magnoniki są dwuwymiarowe kryształy magnoniczne (2D MCs). Jako kompozyty periodyczne są one magnetycznym odpowiednikiem struktur takich jak kryształy fotoniczne lub fononiczne. W takich układach hybrydyzacja fal spinowych została zaobserwowana zarówno teoretycznie [3], jak i eksperymentalnie [4].
Celem niniejszej pracy będzie teoretyczne zbadanie hybrydyzacji fal spinowych w dwuwymiarowych kryształach magnonicznych (2D MCs). Metodą teoretyczną wybraną do przeprowadzenia powyższej analizy jest Metoda Fal Płaskich (PWM), która jest z dużym powodzeniem stosowana do badania fal spinowych w MCs [5]. Interesuje nas zarówno to, w jaki sposób struktura MCs oraz inne warunki fizyczne (jak np. zewnętrzne pole magnetyczne) wpływa na hybrydyzację, jak i skutki samej hybrydyzacji, czyli jej wpływ na zachowanie się fal spinowych. Oczywiście tematyka ta jest bardzo szeroka, dlatego po uzyskaniu wstępnych wyników zostanie doprecyzowany ostateczny kształt niniejszej pracy magisterskiej.

Opis krótki:
Teoretyczne zbadanie hybrydyzacji fal spinowych w dwuwymiarowych kryształach magnonicznych Metodą Fal Płaskich (PWM). Określenie w jaki sposób struktura MCs oraz inne warunki fizyczne (jak np. zewnętrzne pole magnetyczne) wpływa na hybrydyzację oraz wpływu samej hybrydyzacji na zachowanie się fal spinowych. Oczywiście tematyka ta jest bardzo szeroka, dlatego po uzyskaniu wstępnych wyników zostanie doprecyzowany ostateczny kształt pracy magisterskiej.

literature
[1] B. Flebus et al., The 2024 magnonics roadmap, J. Phys.: Condens. Matter. 36, 363501 (2024).
[2] K. G. Fripp, Y. Au, A. V. Shytov, and V. V. Kruglyak, Nonlinear chiral magnonic resonators: toward magnonic neurons, Appl. Phys. Lett. 122, (2023).
[3] S. Mamica, Spin-wave mode coupling in the presence of the demagnetizing field in cobalt-permalloy magnonic crystals, Sci Rep 14, 22966 (2024).
[4] S. Tacchi, G. Gubbiotti, M. Madami, and G. Carlotti, Brillouin light scattering studies of 2D magnonic crystals, J. Phys.: Condens. Matter. 29, 073001 (2017).
[5] S. Mamica and M. Krawczyk, Reversible tuning of omnidirectional band gaps in two-dimensional magnonic crystals by magnetic field and in-plane squeezing, Phys. Rev. B 100, 214410 (2019).

Effect of lattice strain on interfacial properties in magnetic multilayers
master thesis,
degree course: physics
supervisor: prof. UAM dr hab. Bivas Rana (room 184, seg. G; mamica@amu.edu.pl)

This proposal aims to investigate the effect of lattice strain on the Dzyaloshinskii-Moriya interaction and interfacial magnetic anisotropy in magnetic thin film based multilayers. The strain will be generated by inverse piezoelectric effect of the substrate and the interfacial properties will be experimentally characterized by measuring ferromagnetic resonance using vector-network analyzer based ferromagnetic resonance technique (VNA-FMR) and magnons using Brillouin light scattering (BLS) technique. The studies will be performed in collaboration with Dr. Piotr Kuswik in IFM-PAN, Poznan and Prof. Aleksandra Trzaskowska in the Department of Physics of Nanostructure, UAM.

Controlling voltage-controlled magnetic anisotropy through interfacial engineering
master thesis,
degree course: physics
supervisor: prof. UAM dr hab. Bivas Rana (room 184, seg. G; mamica@amu.edu.pl)

This proposal aims to investigate the effect of lattice strain on the Dzyaloshinskii-Moriya interaction and interfacial magnetic anisotropy in magnetic thin film based multilayers. The strain will be generated by inverse piezoelectric effect of the substrate and the interfacial properties will be experimentally characterized by measuring ferromagnetic resonance using vector-network analyzer based ferromagnetic resonance technique (VNA-FMR) and magnons using Brillouin light scattering (BLS) technique. The studies will be performed in collaboration with Dr. Piotr Kuswik in IFM-PAN, Poznan and Prof. Aleksandra Trzaskowska in the Department of Physics of Nanostructure, UAM.

Określenie wpływu periodyczności powierzchniowej próbek (materiały fononiczne) na propagację fal akustycznych powierzchniowych
praca licencjacka/ magisterska,
kierunki: Fizyka, Technologie komputerowe,
promotor: dr hab. Aleksandra Trzaskowska (olatrzas@amu.edu.pl)

Zakres częstotliwości osiągalny metodą BLS jest również dostępny dla materiałów fononicznych, w których badania koncentrują się na przerwach pasmowych i modach własnych drgań. W fononice celem jest dostosowanie zależności dyspersji fononów, co pozwala na kontrolę takich parametrów jak prędkość grupowa czy przerwa pasmowa. Badania te umożliwiają kontrolę propagacji fononów w szerokim zakresie częstotliwości, zależnie od geometrii i rozmiaru struktur.
Journal of Applied Physics, vol. 114, no. 13, 2013, ISSN: 00218979
Ultrasonics, vol. 106, 2020, ISSN: 0041624X.

Determining the effect of surface periodicity of samples (phononic materials) on the propagation of surface acoustic waves
Bachelor / Master thesis
degree course: physics,
supervisor: prof. UAM dr hab. Aleksandra Trzaskowska (olatrzas@amu.edu.pl)

The frequency range achievable using the BLS method is also accessible for phononic materials, where studies focus on band gaps and intrinsic vibration modes. In phononics, the goal is to adjust the phonon dispersion relation, which allows for the control of parameters such as group velocity or band gap. These studies enable the control of phonon propagation over a wide frequency range, depending on the geometry and size of the structures.

Journal of Applied Physics, vol. 114, no. 13, 2013, ISSN: 00218979
Ultrasonics, vol. 106, 2020, ISSN: 0041624X.

Określenie efektywności oddziaływania magnon-fonon w zależności od grubości warstw w układach wielowarstwowych
praca licencjacka/ magisterska,
kierunki: Fizyka, Technologie komputerowe,
promotor: dr hab. Aleksandra Trzaskowska (olatrzas@amu.edu.pl)

Przy użyciu spektroskopii Brillouina zostaną przeanalizowane zjawiska sprzężenia magnonowo-fononowego oraz fononowego, wywoływane zarówno elektrycznie, jak i termicznie, w różnych temperaturach. Badania te pozwolą na zrozumienie efektywności sprzężenia w funkcji grubości warstw.
Nano Lett., vol. 21, no. 2, pp. 946-951, 2021.

Determining the efficiency of magnon-phonon interaction as a function of layer thickness in multilayer systems.
Bachelor / Master thesis
degree course: physics,
supervisor: prof. UAM dr hab. Aleksandra Trzaskowska  (olatrzas@amu.edu.pl)

Using Brillouin spectroscopy, magnon-phonon and phonon-phonon coupling phenomena, both electrically and thermally induced, will be analyzed at different temperatures. These studies will provide insights into the coupling efficiency as a function of layer thickness.

Nano Lett., vol. 21, no. 2, pp. 946-951, 2021.

Badania propagacji powierzchniowych fal akustycznych w materiałach van der Waalsa.
praca licencjacka/ magisterska,
kierunki: Fizyka, Technologie komputerowe,
promotor: prof. UAM dr hab. Aleksandra Trzaskowska  (olatrzas@amu.edu.pl)

Chalkogenki metali przejściowych (TMDC), takie jak związki z siarką, selenem czy tellurem, składają się z warstw połączonych kowalencyjnie i utrzymywanych przez oddziaływania van der Waalsa. W skali monowarstwowej TMDC wykazują ciekawe właściwości optoelektroniczne, przyciągając uwagę naukowców. Metodą BLS zostaną zbadane właściwości sprężyste tych materiałów w odniesieniu do propagacji fal akustycznych.

Scientific Reports, vol. 10, no. 1, 2020, ISSN: 20452322.
Scientific Reports, 15 (1), pp. 1358, 2025, ISSN: 2045-2322.

Studies of surface acoustic wave propagation in van der Waals materials.
Bachelor / Master thesis
degree course: physics,
supervisor: prof. UAM dr hab. Aleksandra Trzaskowska  (olatrzas@amu.edu.pl)

Transition metal dichalcogenides (TMDCs), such as compounds with sulfur, selenium, or tellurium, consist of covalently bonded layers held together by van der Waals interactions. In monolayer form, TMDCs exhibit interesting optoelectronic properties, attracting the attention of scientists. The BLS method will be used to investigate the elastic properties of these materials with respect to acoustic wave propagation.

Scientific Reports, vol. 10, no. 1, 2020, ISSN: 20452322.
Scientific Reports, 15 (1), pp. 1358, 2025, ISSN: 2045-2322.

Wpływ prostopadłej anizotropii magnetycznej (PMA) na propagację fal spinowych (objętościowych i powierzchniowych) w układach wielowarstwowych
praca licencjacka/ magisterska,
kierunki: Fizyka, Technologie komputerowe,
promotor: dr hab. Aleksandra Trzaskowska  (olatrzas@amu.edu.pl)

Fale spinowe (SW), będące kolektywną precesją zlokalizowanych spinów magnetycznych, stanowią potencjalny nośnik informacji w przyszłych technologiach, bez przepływu ładunków elektrycznych. Realizacja urządzeń bazujących na falach spinowych wymaga efektywnych metod ich generowania, kanalizowania oraz manipulacji. Badania będą koncentrować się na zależnościach dyspersyjnych fal spinowych w materiałach wykazujących PMA, co może wspomóc przyszłe zastosowania w technologii SW o niskim poborze energii.

Scientific Report, vol. 13, pp. 22494 , 2023.

The effect of perpendicular magnetic anisotropy (PMA) on the propagation of spin waves (bulk and surface) in multilayer systems.
Bachelor / Master thesis,
degree course: physics,
supervisor: prof. UAM dr hab. Aleksandra Trzaskowska  (olatrzas@amu.edu.pl)

Spin waves (SW), which are collective precessions of localized magnetic spins, represent a potential information carrier in future technologies, without the flow of electric charges. The realization of spin-wave-based devices requires effective methods for their generation, guiding, and manipulation. The research will focus on the dispersion relations of spin waves in materials exhibiting PMA, which could support future applications in low-energy SW technology.

Scientific Report, vol. 13, pp. 22494 , 2023.