초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 제안 과제는 수직자기이방성에서 스핀 전류에 의한 자구벽(magnetic domain wall)이동 현상을 탐색하고, 근원적인 원리를 규명함으로서, 현재 스핀 소자 응용 시 요구되고 있는 자구벽 이동에 필요한 전류밀도 감소 확보를 구체적인 목표로 삼고 있다. 이에 다양한 수직자기이방성 물질에 대한 물질 특성을 확보 하고, 임계전류 값에 의한 자구벽 풀림 및 이동 현상을 관측 하여 임계 전류 밀도와 관계된 변수들을 실험적 결과로 정립한다.
1) CoFe/Tb 및 Co/Pt 다층 박막에서의 층수, 두께

연구의 목적 및 내용
본 제안 과제는 수직자기이방성에서 스핀 전류에 의한 자구벽(magnetic domain wall)이동 현상을 탐색하고, 근원적인 원리를 규명함으로서, 현재 스핀 소자 응용 시 요구되고 있는 자구벽 이동에 필요한 전류밀도 감소 확보를 구체적인 목표로 삼고 있다. 이에 다양한 수직자기이방성 물질에 대한 물질 특성을 확보 하고, 임계전류 값에 의한 자구벽 풀림 및 이동 현상을 관측 하여 임계 전류 밀도와 관계된 변수들을 실험적 결과로 정립한다.
1) CoFe/Tb 및 Co/Pt 다층 박막에서의 층수, 두께 및 열처리 온도에 따른 수직자기 특성 확보
2) 100 nm 수준의 다양한 형태의 패턴 확보
3) 인위적 고정 포텐셜 (pinning potential)에 따른 임계 전류밀도 변화 연구
4) 새로운 개념의 스핀 논리소자 개발 연구
연구결과
자성 나노 와이어에 형성된 자성 자구벽의 거동을 자기장이 아닌 전류를 이용하여 제어하는 것은 학문적으로나 응용 측면에서 대단히 중요한 문제로 여겨지고 있다. 본 연구는 비자성 물질을 포함하지 않은 수직자기이방성을 가진 희토류물질과 전이금속 다층 박막 및 합금 또는 Co/Pt 다층박막 물질을 자성 나노와이어로 형성하여, 그 동안 이론적으로 제시된 임계전류밀도와 관계된 변수들을 실험 결과로 정립하여, 계전류밀도를 더욱 낮출 수 있는 방법을 제시할 계획이다. 수직자기이방성 물질의 나노와이어에서 자구벽 거동과 임계전류밀도와의 관계를 체계화시키기 위해, 다음과 같이 크게 네 부분으로 나누어 연구할 계획이다.
1) 수직자기이방성 물질 (CoFe/Tb multilayer 및 Co/Pt multilayer) 개발 및 도입 연구
2) 서브 마이크로 수준의 나노 와이어 패턴 확보
3) 다양한 세기 및 파장을 갖는 펄스 주입 및 관측 장비 구축 및 임계 전류 특성 확보
4) 확보된 수직자기 물질의 이미지 장치를 이용한 자화 반전 특성 확보
나아가, 이렇게 확보된 방법들을 적용하여 제어된 자구벽 거동 기술을 확보할 계획이며, 3차원 적층의 정보저장 소자뿐만 아니라, 전류에 의한 자구벽 거동을 응용한 새로운 개념의 스핀 논리소자 개발 연구도 진행할 것이다. 이들 연구들은 자성 나노 구조에서의 스핀 모멘트 전달 특성 연구와 같은 새로운 물리학 연구를 풍부하게 하여, 잠재적으로 새로운 종류의 스핀 디바이스를 고안하게 할 것이다.
연구결과의 활용계획
본 제안 연구는 최근 세계적으로 집중적으로 연구되고 있는 스핀전자소자의 메모리분야 및 논리 소자 응용에 반드시 요구되고 있는 연구이다. 자성메모리(MRAM)개발연구의 한계에서 드러난 고밀도의 어려움과 다층물질 구조에서 나타나는 공정의 한계를 극복하고자 제시된 자구벽을 이용한 정보 저장 소자는 그 응용이 메모리뿐만 아니라 논리 소자 응용에도 가능할 것으로 기대된다. 우리나라가 장점으로 가지고 있는 반도체공정의 호환성뿐 아니라, 아직 전 세계적으로도 초기 연구 단계이므로 기술선점의 효과도 아울러 가지고 있다. 또한, 본 연구를 통해 획득한 원천 기술들은 현존하는 기술들과의 융합, 그리고 새로운 기술의 창출에 다양한 방면으로 활용될 수 있을 것이며,아직까지 이 기술의 활용도는 현재의 판단으로 제한할 수 없을 만큼 무궁무진할 것으로 판단된다.

Abstract ▼

Purpose&contents
The underlying origin of critical current for the motion of a magnetic domain wall is a crucial issue for low current applications for the memory and sensor devices. Therefore, this project is aimed to study and develop the method for the reduction of the critical current density

Purpose&contents
The underlying origin of critical current for the motion of a magnetic domain wall is a crucial issue for low current applications for the memory and sensor devices. Therefore, this project is aimed to study and develop the method for the reduction of the critical current density for domain wall motion in a magnetic nanowire with perpendicular magnetic anisotropy. In addition, this research will be extended for the study on the applications of the domain wall motion to a multi-functional spin device, which is an essential technique in a solid state information storage and logic devices.
Result
Magnetic domain wall in a ferromagnetic nanowire is one of the intensively studied subjects in magnetism, because of its various potential applications to spintronic technology, including information storage and logic circuits. In these devices, the operation is performed by the motion of the magnetic domain wall; hence it is important to know the fundamental principles governing the dynamics of domain wall motion. We plan to study a current-induced domain wall motion in a magnetic nanowire with perpendicular magnetic anisotropy, such as Co/Ni multilayer, Rare earth-Transition metal alloy, and multilayer. To gain a better understanding of critical current, we plan to study as follows;
1) Dependence of the critical current on the shape of cross section of nanowire.
2) Impact of pinning potential on the current-induced domain wall.
3) Effect of domain wall resistivity on the critical current.
4) Variation of the critical current in terms of pulse duration of RF current.
In addition, we will also obtain the reliable and controlled domain motion by the current. And we plan to study on novel spin device, such as logic circuits, as well as information storage device.
Expected Contribution
The study on the reduction of critical current is indispensable in the field of next generation spintronics. Results of this study must be a tremendous help in the development of magnetic domain wall memory and magnetic logic device, which has encountered a application limitation so far due to a high critical current density. The research topic in this field is internationally in an infant state. So, in order to occupy the predominant position in both technological and academical aspects, the research should be launched as soon as possoble.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 15
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 15
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 15
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 16
• 8. 참고문헌 ... 17
• 9. 연구성과 ... 18
• 10.기타사항 ... 23