초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는, ~10 nm 공간 분해능을 가지고 자성 도메인을 관측하는 새로운 개념의 자왜력 현미경 개발, 각도-분해형 압전반응 힘 현미경의 활용, 긴즈버그-란다우 이론에 입각한 실제적인 시뮬레이션 수행을 통해, 강유전체/다강체의 물성 이해를 위한 상호보완적인 방법론의 정립을 목표한다.

연구결과
- 자왜력 현미경의 설계, 제작, 시험측정
수백 Oe 의 자기장을 생성하는 자기코어 장치, 교류 자기장에 반응하는 시료의 떨림반응을 감지하는 접촉식 탐침과 레이저, 락인 시스템으로 구성된다.

연구의 목적 및 내용
본 연구는, ~10 nm 공간 분해능을 가지고 자성 도메인을 관측하는 새로운 개념의 자왜력 현미경 개발, 각도-분해형 압전반응 힘 현미경의 활용, 긴즈버그-란다우 이론에 입각한 실제적인 시뮬레이션 수행을 통해, 강유전체/다강체의 물성 이해를 위한 상호보완적인 방법론의 정립을 목표한다.

연구결과
- 자왜력 현미경의 설계, 제작, 시험측정
수백 Oe 의 자기장을 생성하는 자기코어 장치, 교류 자기장에 반응하는 시료의 떨림반응을 감지하는 접촉식 탐침과 레이저, 락인 시스템으로 구성된다. 시료장착을 위한 재물대를 자기장 생성기로부터 분리되도록 설계하여 불필요한 진동을 줄인다. 1ω 반응인 압자기 특성과 2ω 반응인 자왜 특성을 구분하여 측정한다. 코발트 박막에 대한 시험측정을 수행하여 자왜의 공간분포를 도시화하였다.
- 복합 다강체(페로브스카이트-스피넬 복합물질)의 합성
비스무스 철 산화물(BiFeO₃)과 코발트 철 산화물(CoFe₂O₄)의 복합물질의 에피박막을 합성하였다. 기판의 방향과 증착온도를 달리하며 코발트 철 산화물 나노기둥의 크기와 방향 및 밀도를 제어하였다. 자왜력 현미경을 활용하여 자성구조를 탐험하였다.
- 강유전 분극 및 변형 텐서를 공간의 함수로 계산하는 페이즈 필드 모델링 개발
긴즈버그-란다우 이론에 기반을 둔 자유 에너지 최소화 기법을 통하여 실제적인 시뮬레이션을 수행하였다. 질서변수와 외부자극에 대한 자유에너지 변화를 추적함으로써 시스템의 물리적인 성질들을 현상론적으로 기술하였다. 질서변수를 공간에 대해 값이 주어진 질서 변수장으로 확장하여, 질서변수의 공간에 대한 변화를 기술할 수 있도록 고안하였다.
- 각도-분해형 압전반응 힘 현미경의 활용
비스무트 철산화물의 혼합상 영역에서 변형구배에 의한 플렉소전기 현상을 규명하기 위하여 압전반응 벡터를 공간 도시화하였다. 긴즈버그-란다우 이론을 적용하여 측정결과를 해석하였다.

연구결과의 활용계획
자왜력 현미경의 개발 및 각도분해형 압전감응 힘 현미경 활용, 그리고 실제적인 페이즈 필드 모델링은 다강체 연구 분야에 공간 분해능을 가지는 신개념 측정 및 분석 기술을 제공함으로써, 기존의 평균화된 벌크 성질에 국한된 물질 연구를 국소적 위치의 함수로 분해하여 연구 가능케 한다. 이는 복합 다강체 물질이 마이크론 크기의 자기전기 소자로 응용되기 위한 여러 기술적 한계를 돌파하는 새로운 방법론을 제공할 것으로 기대된다. 특이 위상학적 준입자/구조를 도시화하는데 사용할 수 있으며, 자성과 강유전 물질의 물성 이해에 광범위하게 활용할 수 있다.


(출처 : 한글요약문 4P)

Abstract ▼

Purpose & contents
We have developed a new conceptual magnetostriction force microscope that observes magnetic domains with ~10 nm spatial resolution. By combining with angle-resolved piezoresponse force microscope, and realistic simulation based on Ginzberg-Landau theory, we aim to establish a c

Purpose & contents
We have developed a new conceptual magnetostriction force microscope that observes magnetic domains with ~10 nm spatial resolution. By combining with angle-resolved piezoresponse force microscope, and realistic simulation based on Ginzberg-Landau theory, we aim to establish a complementary methodology to understand the physical properties of ferroelectrics and multiferroics.

Result
- Design, production and test measurement of magnetostriction force microscope
The system is composed of a magnetic core device for generating magnetic fields of several hundreds of Oe, a contact probe for sensing the shaking response of the sample in response to the alternating magnetic field, a laser, and lock-in system. It is designed to separate the platform for sample loading from the magnetic field generator, reducing unnecessary vibration. And the piezomagnetic characteristic, which is a 1ω reaction, and the magnetostriction characteristic, which is a 2ω reaction, are separately measured. The spatial distribution of magnetomechanical response was demonstrated by performing test measurements on cobalt films.
- Synthesis of composite multiferroics (perovskite-spinel composite material)
An epitaxial composite material of bismuth ferrite (BiFeO₃) and cobalt ferrite (CoFe₂O₄) was synthesized. The size, direction and density of the cobalt ferrite nanopillars were controlled by varying the orientation of the substrate and the deposition temperature. The magnetic structure was explored using the magnetostriction force microscope.
- Development of phase field modeling
The realistic simulation was carried out through the free energy minimization technique based on the Ginzberg-Landau theory. We have devised a way of describing order parameters as a function of position.
- Utilizing angle-resolved piezoresponse force microscopy
To investigate the flexoelectric phenomena caused by the strain gradient in the mixed phase region of bismuth ferrite, the piezoresponse vector was spatially mapped. The Ginzberg-Landau theory was applied to analyze the measurement results.

Expected Contribution
The development of a magnetostriction force microscope, the use of angle-resolved piezoelectric force microscopy, and the phase field modeling provide a new conceptual measurement and analysis technique with spatial resolution. It is expected that this will provide a new methodology that overcomes technical limitations for application of multiferroic materials to micron-sized magneto-electric devices. It can be used to visualize exotic topological quasiparticles/structures and can be used extensively to understand the properties of magnetic and ferroelectric materials.


(출처 : SUMMARY 5P)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 26
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 28
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 28
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 29
• 8. 참고문헌 ... 29
• 9. 연구성과 ... 30
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 33
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 33
• 12. 기타사항 ... 33
• 별첨1 : 대표연구실적 ... 34
• 끝페이지 ... 48