Dla studentów / For students

Ścieżki zwiedzania

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)

Prace licencjackie / Bachelor thesis

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. dr hab. M. 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: dr 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. dr hab. 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. dr hab. 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.

Prace magisterskie / Master thesis

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. dr hab. 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. dr hab. 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: mgr Mateusz Zelent (mateusz.zelent@amu.edu.pl)
promotor: prof. dr hab. 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: mgr Mateusz Zelent (mateusz.zelent@amu.edu.pl)
supervisor: prof. dr hab. 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: dr Paweł Gruszecki (pawel.gruszecki@amu.edu.pl)
promotor: prof. dr hab. 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. dr hab. 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. dr hab. Maciej Krawczyk (krawczyk@amu.edu.pl)

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