초록
본 연구에서는 교환 결합 특성을 갖는 CoFe/MnIr 박막 재료에서 MnIr의 두께에 따라 측정한 토오크 신호를 Stoner-Wohlfarth 모델로 계산한 결과와 비교 분석하였다. 모델 계산을 위하여 일축 이방성 상수 $K_F$와 $K_{AF}$를 각각 갖는 강자성(F)층과 반강자성 (AF)층 계면에 작용하는 교환 결합 상수 $J_c$를 고려하였다. 고정되지 않는 AF층에 의한 회전 손실은 $0.5t_c$ < $t_{AF}$ < $t_c$ ($=J_c/K_{AF}$)의 범위에서 나타나며, 고정된 AF층에 의한 일방 이방성 상수 $J_k$는 $t_{AF}$ > $t_c$에서 나타났다. CoFe/MnIr 재료에서 임계두께는 $t_c$ = 3.4 nm였으며, $t_{AF}$ = 3 nm의 시편에서 측정한 토오크 신호에서 보인 회전 손실은 AF 결정립의 용이축이 모든 방향으로 고르게 분포한 특성으로 설명되었다. $t_{AF}$ = 10 nm의 시편에서 측정된 토오크 신호에서 추출한 일방 이방성 상수는 $J_k=0.63J_c$의 관계를 보였다. 따라서, 일방 이방성 상수는 AF 결정립의 용이축을 한쪽 방향으로 정렬할 경우 $J_k=J_c$가 되어 약 37 %의 특성 향상을 기대할 수 있다.
We analyzed the MnIr thickness dependence of torque signals measured in exchange coupled CoFe/MnIr ($t_{AF}$) bilayers. The measured torque signals were compared with calculated ones by Stoner-Wohlfarth model. The exchange coupling anisotropy $J_c$ was considered for the model calculation between ferromagnetic (F) and antiferromagnetic (AF) layers with uniaxial anisotropy constant of $K_F$ and $K_{AF}$, respectively. The rotational losses were appeared in the range of $0.5t_c$ < $t_{AF}$ < $t_c$ ($=J_c/K_{AF}$) by the unpinned AF layer. While, the unidirectional anisotropy ($J_k$) was caused by the pinned AF layer at $t_{AF}$ > $t_c$. The critical thickness of MnIr layer was $t_c$ = 3.4 nm in CoFe/MnIr bilayers. The rotational losses behavior as shown in $t_{AF}$ = 3 nm sample were explained by the random orientation of the easy axis of AF grains. The unidirectional anisotropy obtained from torque signal of $t_{AF}$ = 10 nm sample was $J_k=0.63J_c$. Thus, the unidirectional anisotropy can be enhanced up to $J_k=J_c$ by aligning the AF easy axis.
