YIG 에피택시박막은 다른 강자성, 페리자성재료에 비해 수 GHz의 영역에서 매우 우수한 특성을 나타내고 있다. YIG 에피택시 박막은 고상에피택시 방법으로 제조할 경우 매우 편리하게 제조할 수 있는 것으로 알려져 있는데, 이 방법은 상온에서 Y-Fe-O 박막을 GGG(111)기판에 스파터한 뒤 공기 중에서 열처리하면 간편하게 얻을 수 있다. 이 방법은 통상과 같이 고온에서 아주 느린 속도로 에피택시박막을 성장시키는 스파터방법에 비해 매우 간편하고 경제적인 것으로, 본 연구에서는 보통의 분말소결공정으로 제작된 2.5인치 YIG 타겟을 사용하여 두께 2.5 $\mu\textrm{m}$ 비정질 Fe-Y-O 박막을 만든 뒤 550 - 1050 $^{\circ}C$의 공기 중에서 열처리하였다. 비정질 박막을 $600^{\circ}C$이하에서 10 시간동안 열처리하였을 경우 매우 약한 YIG상의 회절선만 관찰할 수 있었다. 반면에 온도를 $650^{\circ}C$로 올리면 매우 강한 (444) 또는 (888)회절선과 매우 약한 다른 회절선을 관찰 할 수 있었다. 이 시편의 경우 (888)회절선의 강도는 GGG기판의 (888)회절선의 강도와 비교할 정도로 매우 강하여 에피택시성장이 매우 잘 이루어질 수 있다는 가능성을 확인할 수 있었다. 그리고 YIG(888) 회절선의 록킹곡선의 반가폭이 0.14$^{\circ}$ 이었고, 이것은 에피택시성장이 매우 잘 이루어지고 있음을 의미하는 것이다. 열처리 온도가 감소함에 따라 YIG박막의 격자상수는 감소하였으며 YIG(888)회절선의 강도는 그림 1과 같이 넓어지고 그 강도는 약해진다.
Micromagnetics 전산 모사를 이용하여 국소적 층간교환상호작용이 있는 강자성/비자성/강자성 다층박막 구조에서 Bloch 자벽이나 Neel 자벽보다 더 얇은 두께의 자벽이 인위적으로 형성될 수 있음을 보였고, 이때 생성된 좁은 자벽의 두께가 강자성층의 두께에 의해 영향을 받음을 보였다. 국소적 층간교환상호작용을 가진 $Fe_1/Cr/Fe_2$ 구조에서 좁은 자벽이 생성됨을 보였고, $Fe_2$ 층의 두께를 20nm로 고정시키고 $Fe_1$층의 두께를 각각 1, 2, 4, 6nm으로 변화시켜가며 전산 모사를 수행하여 $Fe_1$ 층의 두께가 감소함에 따라 자벽의 두께가 얇아짐을 확인하였다.
대표적인 연자성재료 중의 하나로 알려진 Ni-Fe 합금박막을 고주파 마그네트론 스파터링 장치를 사용하여 제작했다. 박막두께가 Ni-Fe 합금박막의 특성에 미치는 영향을 고찰하기 위하여, 스파터링 시간을 변화시켜 주면서 제작된 시료에 대해 강자성 공명 실험에서 얻은 미분형 공명흡 수곡선을 분석하여, 유효자화 $M_{eff}$, 교환상수(exchange stiffness constant) A, 그리고 분 광학적 분리인자 g를 구했다. 모든 시료에 대해 유효자화는 거의 일정한 값을 보였으나, 교환상수 는 시료의 두께가 증가함에 따라 비교적 큰 증가폭을 나타냈다. 분광학적 분리인자는 시료의 두께 가 증가함에 따라 약간 증가하는 경향성을 보였는데, 이는 스핀자기모멘트에 대한 궤도자기모멘트 의 상대적인 기여가 증가했기 때문인 것으로 생각된다.
본 연구에서는 교환 결합력을 갖는 강자성/반강자성(AF) 박막에서 단자구 모델을 사용하여 교환 바이어스($H_{ex}$)의 각도 의존성을 계산하였으며, NiFe/MnIr 박막에서 측정한 결과와 비교 분석하였다. AF층 두께가 임계 두께 이상에서($t_{AF}$ > $t_c$) 계산한 $H_{ex}$의 각도 의존성은 전형적인 일방 이방성 특성을 보였으나, $0.5t_c$ < $t_{AF}$ < $t_c$에서는 $90^{\circ}$ 근처의 특정한 각도에서 AF 스핀의 고정에 의한 독특한 $H_{ex}$의 각도 의존성을 보였다. NiFe/MnIr(20 nm) 박막에서 측정한 $H_{ex}$의 각도 의존성은 전형적인 일방 이방성 특성을 보였으나, NiFe/MnIr(4 nm) 박막에서는 일방 이방성 특성과 AF 스핀의 고정에 의한 특성이 혼합된 결과를 보였으며, 이는 다결정 구조를 갖는 MnIr의 입도 분포 특성으로 설명되어짐을 알 수 있었다.
Byeongjun Seok;Youngdo Kim;Donghan Kim;Jongho Park;Changyoung Kim
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제25권2호
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pp.10-13
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2023
본 연구에서는 현재까지 연구된 HTSC와 다른 새로운 HTSC 물질군으로 제시된 LSMIO에 대한 합성 및 박막 성장과 물성 측정을 진행하였다. LSMIO는 기존의 HTSC 물질들과 비교하여 초전도처럼 보이는 현상의 기작이 상이한 것으로 예상되어 초전도 현상에 대한 이해의 폭을 넓히는데 도움이 될 것으로 기대되는 물질이다. 박막 성장을 위해 고상 합성법을 적용하여 La0.7Sr0.3Mn1-xIrxO3 세라믹 타겟을 합성하였으며, XRD 패턴 분석 결과 La0.7Sr0.3Mn0.88Ir0.12O3 샘플을 1200℃에서 2회 소결하는 것이 최적의 합성 조건임을 찾아내었다. 해당 조성의 LSMIO 세라믹 타겟을 사용하여 레이저 강도를 0.4 J/cm2에서 1.2 J/cm2까지 조절하며 PLD를 사용해 박막을 증착 하였다. 모든 LSMIO 박막은 동일한 단결정 LSAT 기판 위에 같은 두께로 성장하여 기판과 시료 두께에 의한 효과는 배제하였다. RHEED 패턴과 박막 XRD 측정 결과 성장된 박막들은 epitaxial하게 100 UC로 성장되었음을 확인할 수 있었으며, 각 박막들은 저항 측정 결과 모체 화합물인 LSMO와 비슷한 저항 특성을 보이며, 레이저 강도가 강할수록 Curie 온도가 낮아지는 결과가 나타났다. LSMIO와 LSMO가 유사한 전기적 특성을 가지는 것을 볼 때, Curie 온도의 하락은 박막의 Sr 치환 비율의 감소에 의한 것으로 사료된다. 본 연구에서는 HTSC의 후보군인 LSMO에 Ir을 치환하여 결정 및 전자 구조의 다양한 변화 시도하고 그 특성을 관찰하였다. LSMIO 페로브스카이트 시스템에서는 자기 양자불안정 (magnetic quantum instability) 상태 부근에서 강자성요동 (ferromagnetic fluctuation)에 의해 초전도가 발현될 수 있다고 보고되었지만, [5, 14] 본 연구에서 성장된 LSMIO 박막은 일반적인 강자성 특성을 보이며 초전도 현상은 관찰되지 않았다. 차후, 아직은 시작 단계인 LSMIO 소재에 관한 연구 저변을 확대하고 다양한 조성비의 박막을 성장하여 물리적 특성과 근원에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다. 비록 초전도는 발현되지 않았지만 manganite 페로브스카이트 시스템에서 전이금속 원소의 치환 및 세라믹 타겟 합성, 그리고 박막 성장과 특성 분석에 걸친 전과정에 대한 연구를 진행하였다. 이를 바탕으로 차후 다양한 HTSC 소재의 합성 및 박막화와 그 특성을 평가하는 연구에 대한 통찰을 제공하기를 기대한다.
수직자기이방성을 갖는 $[Pd/Co]_N$ 다층박막을 이용한 스핀밸브구조에서 Cu에 인접한 강자성층의 물질의 종류와 두께에 따른 자기적 특성을 연구하였다. 본 연구에서 강한 수직자기이방성에 기인한 자유층의 큰 보자력을 줄이기 위하여 Cu 비자성층에 인접 한 강자성층에 물질을 NiFe, $Co_8Fe_2$, $Co_9Fe_1$로 삽입하여 각 물질이 갖는 수직 이방성 크기를 조절하여 수직자기 이방성을 갖는 스핀밸브 구조의 자기적 특성을 실험하였다. $Co_9Fe_1$ 물질을 Cu에 인접한 두 강자성층에 0.078 nm의 얇은 두께로 삽입한 결과 0.58%의 자기저항비를 가짐과 동시에 5 Oe의 작은 보자력을 나타내었다. 또한 그 두께를 0.7 nm로 증가시켰을 때 최대 6.7%의 자기저항비를 얻었고 자유층의 보자력을 약 100 Oe로 감소시켰다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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