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문제 정의
- 한편, θH > 90o에서는 각도가 증가에 따라서 (−)값을 갖는 교환 바이어스가 감소하는 특성을 보이다가, θH = 180o에서는 왼쪽으로 이동한 자화 곡선에서 보자력이 다시 나타나는 특성을 보인다. 본 연구에서는 자기장 각도에 따른 자화 곡선 각각으로부터 도출한 교환 바이어스를 이용하여 AF층의 두께에 따른 교환 바이어스의 각도 의존성을 계산하였다.
제안 방법
- 따라서 2 nm 이상에서는 MnIr 박막의 계면에 존재하는 고정된 비상보성 AF 스핀에 의하여 교환 바이어스가 나타날 것으로 예상된다. MnIr의 두께에 따른 교환 바이어스 특성을 분석하기 위하여 임계 두께 이상인 4 nm와 20nm에서 교환 바이어스의 각도 의존성을 측정하였다.
- 교환 결합력을 갖는 NiFe(20 nm)/MnIr(x nm) 박막은 Si기판 위에 DC 마그네트론 스퍼터 방법을 사용하여 증착하였으며, MnIr의 두께 x는 0, 2, 4, 10 및 20 nm까지 변화시켰다. NiFe/MnIr 박막의 하부층으로는 Ta(5 nm)/Cu(10 nm)/Ta(5 nm)/NiFe(2)/Cu(5 nm)를 사용하였으며, 시편의 산화를 방지하기 위한 상부층으로 Ta(5 nm)를 증착하였다.
- 따라서 본 연구에서는 교환 결합력을 갖는 F/AF 박막에 대하여 단자구 모델을 사용하여 AF층의 두께에 따른 교환 바이어스의 각도 의존성을 계산하였으며, NiFe/MnIr 박막에서 반강자성체인 MnIr의 두께에 따른 교환 바이어스의 각도 의존성을 측정 하였다. 측정 결과는 단자구 모델을 사용하여 계산한 AF층의 두께에 따른 교환 바이어스의 각도 의존성 결과와 비교 분석하였으며, 이들 비교 결과를 바탕으로 MnIr재료의 증착 과정에서 형성된 다결정 입도의 분포 특성에 의한 교환 바이어스의 각도 의존성을 분석하였다.
- 본 연구에서는 교환 결합력을 갖는 F/AF 박막에 대하여단자구 모델을 사용하여 AF층의 두께(tAF)에 따른 교환 바이어스의 각도 의존성을 계산하였다. 이러한 계산 결과는 NiFe/MnIr 박막에서 MnIr의 두께에 따른 교환 바이어스의 각도 의존성 측정 결과와 비교 분석하였다.
- 본 연구에서는 교환 결합력을 갖는 F/AF재료의 AF층의 두께에 따른 자화 곡선과 교환 바이어스의 각도 의존성을 계산하기 위하여 Jc = 1.0 erg/cm2 및 tFKF = 0.1 erg/cm2의 값을 사용하였다.
- 제조된 NiFe/MnIr 박막은 1 kOe의 자기장을 인가한 후, 300 oC의고온에서 1시간 동안 진공 자기장 열처리(10−6 torr)를 하였다. 열처리된 박막의 자기장 각도에 따른 교환 바이어스(Hex)는 Optical KEER 장치를 사용하여 측정하였다.
- 5tc< tAF < tc에서나타나는 교환 바이어의 각도 의존성은 Jc의 영향을 받는 AF 층 스핀의 반전과 관련되며, 이러한 AF층 스핀의 반전 특성은 토오크 측정기로 측정한 토오크 신호에서 회전 손실(Rotational loss)로 나타났다[12]. 이러한 AF층의 두께에 따른 교환 바이어스의 각도 의존성에 대한 계산 결과는 NiFe/MnIr 박막에서 측정한 교환 바이어스의 각도 의존성 분석에 사용하였다.
- 제조된 NiFe/MnIr 박막은 1 kOe의 자기장을 인가한 후, 300 oC의고온에서 1시간 동안 진공 자기장 열처리(10−6 torr)를 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 교환 결합력을 갖는 F/AF 박막에 대하여 단자구 모델을 사용하여 AF층의 두께에 따른 교환 바이어스의 각도 의존성을 계산하였으며, NiFe/MnIr 박막에서 반강자성체인 MnIr의 두께에 따른 교환 바이어스의 각도 의존성을 측정 하였다. 측정 결과는 단자구 모델을 사용하여 계산한 AF층의 두께에 따른 교환 바이어스의 각도 의존성 결과와 비교 분석하였으며, 이들 비교 결과를 바탕으로 MnIr재료의 증착 과정에서 형성된 다결정 입도의 분포 특성에 의한 교환 바이어스의 각도 의존성을 분석하였다.
대상 데이터
- 교환 결합력을 갖는 NiFe(20 nm)/MnIr(x nm) 박막은 Si기판 위에 DC 마그네트론 스퍼터 방법을 사용하여 증착하였으며, MnIr의 두께 x는 0, 2, 4, 10 및 20 nm까지 변화시켰다. NiFe/MnIr 박막의 하부층으로는 Ta(5 nm)/Cu(10 nm)/Ta(5 nm)/NiFe(2)/Cu(5 nm)를 사용하였으며, 시편의 산화를 방지하기 위한 상부층으로 Ta(5 nm)를 증착하였다. 제조된 NiFe/MnIr 박막은 1 kOe의 자기장을 인가한 후, 300 oC의고온에서 1시간 동안 진공 자기장 열처리(10−6 torr)를 하였다.
데이터처리
- )에 따른 교환 바이어스의 각도 의존성을 계산하였다. 이러한 계산 결과는 NiFe/MnIr 박막에서 MnIr의 두께에 따른 교환 바이어스의 각도 의존성 측정 결과와 비교 분석하였다.
이론/모형
- 그러므로 F층과 AF층 각각을 단자구로 가정하여 단자구 모델로 교환 결합력에 의한 자화 곡선을 분석하는 것이 가능하다[14, 15]. 따라서, 본 연구에서는 F/AF 박막의 자화 곡선 분석에 단자구 모델을 사용하였다. 두께 tF를 갖는 F층과 두께가 tAF인 AF층 계면에 Jc의 교환결합력이 작용하는 경우, F/AF 박막에 대한 총 에너지(E)는 다음과 같이 표현된다.
성능/효과
- 는 약 2 nm임을 확인하였다. NiFe/MnIr(20 nm) 박막에서 측정한 교환 바이어스의 각도 의존성은 tAF > tc의 조건에서 나타나는 전형적인 일방 이방성 특성을 보였다. 그러나 NiFe/MnIr(4 nm)에서는tAF > tc의 조건과 0.
- 그러나 0.5tc < tAF < tc에서는 θH = 90o 근처의 특정한 각도에서 AF 스핀의 고정에 의한 독특한 교환 바이어스가 나타났으며, 이러한 교환 바이어스가 나타나는 각도의 폭은 AF층의 두께가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였다.
- 그러나 0.5tc < tAF < tc에서는 90o 근처의 특정한 각도에서 교환 바이어가 나타나기 시작하였으며, tAF가 증가함에 따라 교환 바이어스가 나타나는 특정한 각도의 폭이 증가하는 독특한 특성을 보였다.
- 단자구 모델에 의한 계산 교환 바이어스의 각도 의존성은tAF > tc인 경우 전형적인 일방이방성 특성을 보였다.
- 따라서, 0.5tc< tAF < tc에서나타나는 교환 바이어의 각도 의존성은 Jc의 영향을 받는 AF 층 스핀의 반전과 관련되며, 이러한 AF층 스핀의 반전 특성은 토오크 측정기로 측정한 토오크 신호에서 회전 손실(Rotational loss)로 나타났다[12].
- 이러한 작은 차이는 점선으로 표시한 tAF = tc인 조건에서 나타나는 AF 스핀의 고정에 의한 영향으로 해석된다. 따라서, NiFe/MnIr(20 nm) 박막에서 측정한 교환 바이어스의 각도 의존성은 일방 이방성 특성에 의한 영향이 두드러지게 나타났으며, 여전히 AF 스핀의 고정에 의한 영향도 작게 나타났다. 20 nm 두께의MnIr을 증착한 경우에도 2 nm 이하의 두께를 갖는 MnIr 결정 입도들이 적은 분량으로나마 생성되었음을 알 수 있다.
- 0 Oe로 측정되었다. 이들 결과로부터 NiFe/MnIr 박막에서 교환 바이어스가 나타나는 MnIr의 임계 두께 tc는 약 2 nm임을 알 수 있다. 따라서 2 nm 이상에서는 MnIr 박막의 계면에 존재하는 고정된 비상보성 AF 스핀에 의하여 교환 바이어스가 나타날 것으로 예상된다.
- 이로부터 4 nm의 MnIr층에는 2 nm 이하의 두께를 갖는 결정 입도와 2 nm 이상의 두께를 갖는 결정 입도가 혼재함을 알 수 있었다. 이러한 분석 결과는 다결정 구조를 갖는 MnIr의 결정 입도 분포에 따라 교환 바이어스의 각도 의존성이 다르게 나타나고 있음을 알 수 있었다.
- 5tc< tAF < tc의 조건에서 나타나는 교환 바이어스의 각도 의존성이 혼재하고 있는 결과를 보였다. 이로부터 4 nm의 MnIr층에는 2 nm 이하의 두께를 갖는 결정 입도와 2 nm 이상의 두께를 갖는 결정 입도가 혼재함을 알 수 있었다. 이러한 분석 결과는 다결정 구조를 갖는 MnIr의 결정 입도 분포에 따라 교환 바이어스의 각도 의존성이 다르게 나타나고 있음을 알 수 있었다.
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