초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 기존 강자성체와 반강자성체의 장점을 모두 보유하는 초격자 기반 인공 반강자성 물질을 개발하고, 이를 활용하여 기존 스핀트로닉스의 기술적 한계를 극복하는 새로운 소재기술 개발하는 것을 최종 목표로 함. 목표 달성을 위한 세부연구 목표는 아래와 같음
◯ 자성 특성을 인위적으로 제어 가능한 초격자 기반 인공 반강자성 스핀소재 개발
◯ 인공 반강자성 스핀소재에서 높은 스핀토크 반전 효율 및 초고속 자구벽 이동
◯ 외부 인자를 이용하여 인공 반강자성 스핀소재 특성 제어기술 개발

□ 연

□ 연구개요
본 연구는 기존 강자성체와 반강자성체의 장점을 모두 보유하는 초격자 기반 인공 반강자성 물질을 개발하고, 이를 활용하여 기존 스핀트로닉스의 기술적 한계를 극복하는 새로운 소재기술 개발하는 것을 최종 목표로 함. 목표 달성을 위한 세부연구 목표는 아래와 같음
◯ 자성 특성을 인위적으로 제어 가능한 초격자 기반 인공 반강자성 스핀소재 개발
◯ 인공 반강자성 스핀소재에서 높은 스핀토크 반전 효율 및 초고속 자구벽 이동
◯ 외부 인자를 이용하여 인공 반강자성 스핀소재 특성 제어기술 개발

□ 연구 목표대비 연구결과
◯ 자성 특성을 인위적으로 제어 가능한 초격자 기반 인공 반강자성 스핀소재 개발
- 자화값, 보자력, anomalous Hall 저항을 임의로 제어할 수 있는 전이금속/희토류 이종구조 초격자 소재 (GdCo, TbCo) 제조 기술 확보
- 스핀토크와 자구벽 이동 속도가 빠른 자화 및 각운동량 보상점 온도를 임의로 조절 가능한 인공반강자성 초격자 소재 개발
- TbCo 페리 자성체 단일 층에서 스핀오빗토크가 발생함을 실험적으로 증명
◯ 높은 스핀토크 반전 효율 및 초고속 자구벽 이동 다층 소재 개발
- 인공 반강자성 스핀소재 (TbCo 단일층 및 Pt/TbCo 이중층)에서 자성특성에 따른 스핀오빗토크 효율 거동 분석
- 자성금속/비자성금속/자성금속의 삼중층 구조 (CoFeB/Ti/CoFeB, NiFe/Ti/CoFeB)에서 외부자기장 없이 동작하는 스핀오빗토크 소자 개발
- 강자성체/비자성체/강자성체 삼중층 구조 (CoFeB/Ta/CoFeB 및 NiFe/Ta/CoFeB)에서 고효율 스핀오빗토크 소자 구조 개발
- 페리자성의 자구벽 이동속도가 최대 1.4km/s가 나오는 소재 개발
◯ 외부 인자(전기장, 변형, 열)를 이용하여 인공 반강자성 스핀소재 특성 제어기술 개발
- 인공 반강자성 스핀소재 특성 제어를 위한 게이트 구조 제작하여 외부 전기장으로 수직이방성 및 스핀오빗토크 임계전류 제어
- 페리자성에서 외부 열 인가에 따른 특성 변화로 스핀오빗토크 특성 변화 관찰 및 이를 활용하여 열 제어 스핀소자 개발 가능성 확보
- 비자성/강자성 구조의 전계 인가로 스위칭 전류 제어 기술 개발 및 상보성 로직함수와 비휘발성 특성의 스핀로직 소자 개발
◯ 상기 연구 결과로 SCI 논문 12편, 국내외 학술대회 발표 32건(초청강연 5건 포함), 특허 출원 4건, 등록 2건, 기술이전 1건 등의 연구 실적을 얻었음

□ 연구개발결과의 중요성
◯ 본 연구에서는 강자성 물질과 반강자성 물질의 장점만을 통합하여 자화 제어가 용이하고, 강자성 물질의 물리적 한계를 극복하는 새로운 개념의 소재인 인공 초격자 스핀소재를 개발하여 스핀토크 효율 향상 및 초고속 자구벽 이동 소재 개발을 가능하게 함. 본 연구에서 개발한 인공 반강자성 스핀소재는 기존 스핀소재의 동작속도의 한계를 넘어 초고속 소자 또는 테라헤르츠 발생/측정 소자 개발에 활용 될 수 있을 것임
◯ 강자성/비자성 구조의 계면 (CoFeB/Ti, NiFe/Ti, CoFeB/Ta, NiFe/Ta)에서 생기는 스핀전류를 바탕으로 한 무자기장 스핀오빗토크 소재를 개발함. 계면 스핀전류의 발견은 기존 스핀홀 효과를 이용한 스핀전류 소재의 범위를 확장하여 고효율 스핀오빗토크 소재 개발 가능성을 높였음
◯ Ta/CoFeB/MgO/AlO_x 구조에서 전계인가로 인한 자기 이방성 및 스위칭 전류를 제어하였고, 이를 활용하여 n-type/p-type 스핀 로직소자를 개발함. 이를 활용하여 세계최초로 상보성 스핀로직 소자 구현에 성공함
◯ 또한 비휘발성 자성메모리에 적용되어 소자의 고밀도화, 고속화, 고주파화 등보다 많은 정보를 빠른 시간 안에 처리 가능한 소재기술을 개발하였고, 이 결과는 저전력 전자 소자 기술의 발전에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대함

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 목표 및 내용 ... 4
• 나. 연구의 필요성 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 가. 인공반강자성 소재 단일층에서 발생하는 스핀토크 개발 ... 16
• 나. 인공 삼중층 구조(강자성/비자성/강자성)에서 나타나는 높은 스핀토크 반전 효율 및 무자기장 스위칭 기술 개발 ... 17
• 다. 전계로 스핀오빗토크 스위칭을 제어를 통한 스핀 논리소자 개발 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 28
• 끝페이지 ... 43