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스핀-궤도 돌림힘의 광학적 측정 및 분석법
Optical measurement and analysis technique for spin-orbit torques 원문보기

韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society, v.25 no.1, 2015년, pp.1 - 3  

윤상준 (서울대학교 물리.천문학부) ,  문준 (서울대학교 물리.천문학부) ,  황현석 (서울대학교 물리.천문학부) ,  최석봉 (서울대학교 물리.천문학부)

초록
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본 연구에서는 스핀-궤도 돌림힘의 광학적 측정 방법을 개발하였다. 사인파 전류에 의해 발생하는 스핀-궤도 돌림힘은 해당 주파수와 두 배 주파수로 진동하는 자화의 운동을 유발하는데, 이로 인해 변화하는 자화의 수직 성분을 극광자기 효과를 이용해 측정하였다. 스핀-궤도 돌림힘이 추가된 란다우-리프쉬츠-길버트 방정식의 평형 조건으로부터, 스핀-궤도 돌림힘에 의한 유효 자기장을 정량적으로 분석하였다. 이러한 측정법을 Pd/Co/Pt 박막 시료에 적용하여, 스핀-궤도 돌림힘 효율의 종 방향과 횡 방향의 성분 값을 각각 나누어 측정하는데 성공하였다. 본 연구에서 제시한 측정 및 분석 방법은 기존의 전기적 측정에 비해 오류가 적기 때문에, 스핀-궤도 돌림힘을 측정하는 더 개선된 방법으로 사용할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We demonstrate here an optical measurement technique to quantify the spin-orbit torques. The magnetization dynamics induced by the spin-orbit torques with a sinusoidal current injection is measured by use of polar magneto-optical Kerr effect. The measured signal is then analyzed based on the Landau-...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 최근에는 이와 같은 부수 효과를 배제하기 위해 극광자기 효과(polar Magneto-optical Kerr effect)를 이용한 광학적 측정법이 제안되었다[8, 9]. 본 연구에서는 이러한 광학 자성 현미경을 통해 스핀-궤도 돌림힘을 측정하고 정량화하는 방법을 개발하였다. 이 측정 방법을 이용하여 Pd/Co/ Pt 구조의 자성 시료의 스핀-궤도 돌림힘 효율을 측정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비정상 홀 효과를 활용한 측정방법의 문제점은? 이러한 스핀-궤도 돌림힘의 측정을 위해, 사인파 전류를 자성 시료에 주입하여 발생하는 비정상 홀 효과(extraordinary Hall effect)를 전기적으로 측정 하는 방법이 제시되었다[5-7]. 그러나 이러한 전기적 측정법에 서는 작지 않은 평면 홀 효과(planar Hall effect)를 비롯하여 다양한 부수 효과가 함께 발생하기 때문에, 측정된 자성 신호 를 스핀-궤도 돌림힘으로 해석하는데 있어서 주의 깊은 분석 을 필요로 한다. 최근에는 이와 같은 부수 효과를 배제하기 위해 극광자기 효과(polar Magneto-optical Kerr effect)를 이 용한 광학적 측정법이 제안되었다[8, 9].
전류에 의한 자화 상태의 조절 방법은 어느 분야에서 각광받는가? 전류에 의한 자화 상태의 조절 방법은 차세대 자성 메모리 나 논리 소자 구현 등의 스핀트로닉스 연구 분야에서 주요한 연구주제로서 최근 관심을 많이 받고 있다. 인접한 자성층 혹 은 자구벽이 있는 경우에 발생하는 스핀-전달 돌림힘(spintransfer torque)[1, 2]과 더불어, 최근에는 단일 자성층에서도 발생하는 스핀-궤도 돌림힘(spin-orbit torque)[3, 4]이 발견되 어 다양한 연구가 진행되고 있다.
스핀-궤도 돌림힘의 측정 방법은? 인접한 자성층 혹 은 자구벽이 있는 경우에 발생하는 스핀-전달 돌림힘(spintransfer torque)[1, 2]과 더불어, 최근에는 단일 자성층에서도 발생하는 스핀-궤도 돌림힘(spin-orbit torque)[3, 4]이 발견되 어 다양한 연구가 진행되고 있다. 이러한 스핀-궤도 돌림힘의 측정을 위해, 사인파 전류를 자성 시료에 주입하여 발생하는 비정상 홀 효과(extraordinary Hall effect)를 전기적으로 측정 하는 방법이 제시되었다[5-7]. 그러나 이러한 전기적 측정법에 서는 작지 않은 평면 홀 효과(planar Hall effect)를 비롯하여 다양한 부수 효과가 함께 발생하기 때문에, 측정된 자성 신호 를 스핀-궤도 돌림힘으로 해석하는데 있어서 주의 깊은 분석 을 필요로 한다.
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참고문헌 (10)

  1. L. Berger, Phys. Rev. B 54, 9353 (1996). 

  2. G. Tatara and H. Kohno, Phys. Rev. Lett. 92, 086601 (2004). 

  3. I. M. Miron, K. Garello, G. Gaudin, P. J. Zermatten, M. V. Costache, S. Auffret, S. Bandiera, B. Rodmacq, A. Schuhl, and P. Gambardella, Nature 476, 189 (2011). 

  4. L. Liu, C. F. Pai, L. Yi, H. W. Tseng, D. C. Ralph, and R. A. Buhrman, Science 336, 555 (2012). 

  5. U. H. Pi, W. K. Kim, J. Y. Bae, S. C. Lee, Y. J. Cho, K. S. Kim, and S. Seo, Appl. Phys. Lett. 97, 162507 (2010). 

  6. J. Kim, J. Sinha, M. Hayashi, M. Yamanouchi, S. Fukami, T. Suzuki, S. Mitani, and H. Ohno, Nature Mater. 12, 240 (2013). 

  7. K. Garello, I. M. Miron, C. O. Avci, F. Freimuth, Y. Mokrousov, S. Blugel, S. Auffret, O. Boulle, G. Gaudin, and P. Gambardella, Nature Nanotech. 8, 587 (2013). 

  8. X. Fan, H. Celik, J. Wu, C. Ni, K. J. Lee, V. O. Lorenz, and J. Q. Xiao, Nat. Commun. 5, 3042 (2014). 

  9. S. Emori, U. Bauer, S. Woo, and G. S. D. Beach, Appl. Phys. Lett. 105, 222401 (2014). 

  10. K. W. Moon, J. C. Lee, S. B. Choe, and K. H. Shin, Rev. Sci. Instrum. 80, 113904 (2009). 

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