보고서 정보
주관연구기관 |
한국과학기술원 Korea Advanced Institute of Science and Technology |
연구책임자 |
신성철
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2012-06 |
과제시작연도 |
2011 |
주관부처 |
교육과학기술부 |
연구관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201300019731 |
과제고유번호 |
1345149531 |
사업명 |
도약연구지원사업 |
DB 구축일자 |
2013-09-14
|
키워드 |
나노자성학.스핀동역학.나노자성체.스핀트로닉스.나노자구.자구운동측정기술.nanomagnetism.spin dynamics.nanomagnetic material.spintronics.nanomagnetic domain.time-resolved magnetic microscopy.
|
초록
▼
연구의 목적 및 내용
s ~ fs 에 이르는 광범위한 시간스케일에서 나노구조자성체의 스핀동역학 측정기술을 개발하고 메카니즘을 연구함으로써, 스핀소자의 신뢰성, 속도, 저장밀도를 궁극적으로 제한하는 물리적인 한계를 규명하는데 본연구의 목표가 있다.
스핀소자 신뢰성(reliability)의 근본적인 한계를 탐색하기 위하여 s ~ ms의 시간스케일에서 저속스핀동역학(slow spin dynamics)을 연구할 예정인데, 특히 박하우젠 잡음특성(Barkhausen noise)과 연관하여 연구하였다.
스핀소자 속도의 궁극적
연구의 목적 및 내용
s ~ fs 에 이르는 광범위한 시간스케일에서 나노구조자성체의 스핀동역학 측정기술을 개발하고 메카니즘을 연구함으로써, 스핀소자의 신뢰성, 속도, 저장밀도를 궁극적으로 제한하는 물리적인 한계를 규명하는데 본연구의 목표가 있다.
스핀소자 신뢰성(reliability)의 근본적인 한계를 탐색하기 위하여 s ~ ms의 시간스케일에서 저속스핀동역학(slow spin dynamics)을 연구할 예정인데, 특히 박하우젠 잡음특성(Barkhausen noise)과 연관하여 연구하였다.
스핀소자 속도의 궁극적 한계를 탐색하기 위하여 ns ~ fs 시간스케일의 초고속 스핀동역학 (ultrafast spin dynamics)을 규명한다. 본 연구에서는 자기광 Kerr 효과(magneto-optical Kerr effect)를 이용한 펨토초 펌프-프로브 스트로보스코피(stroboscopy) 측정방법을 개발하여 자기장펄스, 광펄스, 전압펄스 등에 의해 여기된 동적 스핀상태를 ns ~ fs의 시간스케일에서 관찰하여, 스핀, 전자, 격자, 빛 등의 물리량들이 관여한 초고속 스핀동역학에 대한 이해를 심화하고자 하였다. 저장 밀도의 궁극적 한계를 탐색하기 위해 초고밀도 자성시스템을 구현하여 초고밀도 스핀동역학을 살펴보고 나아가 스핀소자 구현을 위한 다기능 시스템에 대한 연구를 수행하였다.
연구결과
신뢰성 - 저속 스핀동역학과 박하우젠 임계축척현상 연구
- MnAs 자성시스템의 상호교차현상과 온도변화에 따른 자화역전 메커니즘
- Co, Fe, CoFe, NiFe, 교환결합된 NiO/Fe 박막의 임계축척현상
측정방법 - 초고속 스핀동역학 측정방법 개발
- ps 시간영역 자기장펄스 유도 펌프-프로브 벡토리얼 커르 스캐닝 현미경 개발
- fs 시간영역 고출력 레이저 유도 방식의 펌프-프로브 커르 현미경 개발
- 1D 나노자성선의 자구벽 운동 측정장치의 개발
속도 - 초고속 스핀동역학
- NiFe dot에서 자기장 유도 스핀동역학, 전압 유도 PMN-PT/CoPd에서 스핀동역학
- 수직자성 TbFe 합금박막의 초고속 탈자에 대한 non-thermal 전자 역할 규명 저장밀도 - 초고밀도 스핀동역학
- 70 nm FePt 나노점, Co 나노선, MnAs stripe 에서 스핀동역학 연구
- L10-ordered FePt 합금박막의 초고속 탈자, 자화회복 및 세차운동에 대한 연구 스핀소자 - 스핀트로닉스
- 단결정 bcc CoFe/MgO 터널접합 및 단결정 MgO/n-Ge heterojunction, 저온 성장한 CoFe/MgO/n-Si 제작 및 electrical spin accumulation 연구
- 다강체 철 산화물 Ba0.5Sr1.5Zn2(Fe1-xAlx)12O22의 이차조화파를 이용한 상전이현상 관찰
- 수직자기터널접합 Ta/CoFeB/MgO 시스템과 (Co/Ni)n/버퍼 시스템에서 감쇠현상 연구
연구결과의 활용계획
본 과제의 성공적 수행은 학문적 측면에서 s ~ fs에 이르는 광범위한 시간영역에서의 종합적이고 체계적인 스핀동역학 이해를 가능하게 해주어 스핀동역학 연구의 새로운 장을 열수 있을 것이며, 이로 인해 본 연구그룹이 이 분야의 세계적 선도연구그룹으로 도약하게 될 것이다. 나아가 기술적 측면에서는 초고속(ps 이하)/초고밀도(Tb/cm2 이상)의 나노스핀 정보물질 및 소자를 개발하여 스핀트로닉스 기술분야에서 국내 산업체가 세계 우위를 점하는데 중요한 기여를 할수 있으리라 기대된다.
Abstract
▼
Purpose&contents
Comprehensive investigation on spin dynamics in nanostructured magnetic materials in a wide range of time scales from second (1 sec) to femtosecond (10-15 sec) to understand the fundamental physical limits of reliability, speed, and density of spin devices for realizing spintroni
Purpose&contents
Comprehensive investigation on spin dynamics in nanostructured magnetic materials in a wide range of time scales from second (1 sec) to femtosecond (10-15 sec) to understand the fundamental physical limits of reliability, speed, and density of spin devices for realizing spintronics revolution.
To investigate the fundamental limit in the reliability of spin device, slow spin dynamics on sec ~ ms time scale will be studied, focusing on the Barkhausen noise properties. Fast spin dynamics on intermediate time scale from ms to μs is involved with damping-dominant viscous motion of domain wall.
To investigate the fundamental limit in the speed of spin device, the ultrafast spin dynamics will be studied on ns ~ fs time scale. We propose to study spin dynamics driven by field-pulse, laser-pulse, and voltage-pulse on sub-ns time scale, thereby we aim to comprehensively understand ultrafast spin dynamics, enabling us to explore the ultimate limit of spin-device speed. Further, high-density spin dynamics as well as the multi-functional spin device is investigated to understand the ultimate limit of spin device density and its controllability.
Result
Reliability - Slow spin dynamics and Barkhausen critical-scaling behavior
- Crossover scaling behavior and temperature-dependent dynamics in MnAs magnetic system
- Critical-scaling behavior in Co, Fe, CoFe, NiFe, and exchange-biased NiO/Fe thin films
Speed - Ultrafast spin dynamics
- Field-induced dynamics in NiFe dot, strain-induced dynamics in voltage-controlled PMN-PT/CoPd
- Ultrafast spin demagnetization by nonthermal electrons of TbFe alloy film
Measurement technique - Development of measurement method for ultrafast spin dynamics
- Development of ps-resolved field-induced pump-probe vectorial scanning Kerr microscopy
- Development of fs-resolved high-power laser-induced pump-probe Kerr microscopy
- System development for measuring magnetic domain wall motion in 1D nanowire
Density - High-density spin dynamics
- Dynamics in 70-nm FePt nanodot, Co nanowire, and MnAs stripe
- Ultrafast magnetization relaxation of L10-ordered Fe50Pt50 alloy thin film
Spin device - Spintronics
- Fabrication and electrical spin accumulation study of single crystalline bcc CoFe/MgO tunnel contact, single crystalline MgO/n-Ge heterojunction, and CoFe/MgO/n-Si at low temperature,
- Study of phase transition in multiferroic Fe-oxide Ba0.5Sr1.5Zn2(Fe1-xAlx)12O22
- Damping parameters observed in MTJ Ta/CoFeB/MgO, and (Co/Ni)n/buffer systems
Expected Contribution
Successful accomplishment of this project will provide a comprehensive understanding of spin dynamics over a wide range of time scales from second (1 sec) to femtosecond (10-15 sec) in nano-confined magnetic structures, which will bring us to be a world-unique group in the study of the emerging research field of spin dynamics. Furthermore, successful accomplishment of this project is expected to provide a crucial leverage to develop ultrafast (sub-ps) and/or ultrahigh-density (Tb/cm2) nanomagnetic materials and spin devices for achieving spintronics revolution.
목차 Contents
- 도약연구사업 최종보고서(제출용) ... 1
- 목 차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 16
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 17
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 18
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 19
- 8. 참고문헌 ... 19
- 9. 연구성과 ... 21
- 10. 기타사항 ... 48
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.