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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 유천열
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
이 논문의 연구 히스토리 (6)
2010
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강자성 공명 시뮬레이션을 이용하여 스핀 전달 토크가 자구벽에 미치는 영향을 연구하였다. 강자성 나노선 중앙의 새김눈에 피닝되어 있는 자구벽에 전류가 인가될 때, 2 GHz와 7 GHz 근처에서 자구벽에 대한 공명 주파수가 생긴다. 낮은 공명 주파수는 자구벽 전체가 진동하여 생기며 높은 공명 주파수는 자구벽을 형성하고 있는 스핀들의 공명에 의해서 나타난다. 전류에 의한 스핀 전달 토크로 자구벽의 스핀 공명 주파수의 변화는 현저하게 (1.6 GHz) 보인다. 자구벽의 이동으로부터 스핀 전달 토크 효과를 분석하는 일반적인 연구와는 달리 본 연구는 자구벽의 이동 없이 스핀 전달 토크 효과를 분석하여 무작위적인 피닝을 유도하는 불필요한 외부적 요인들을 배제하였다.
자구벽이 있는 강자성 나노선 또는 단자구인 강자성 나노선에서 강자성 공명 시뮬레이션으로 스핀파 분산 관계를 연구하였다. 스핀 전달 토크에 의해서 스핀파 Doppler 쏠림 현상이 생기고 파수 벡터 공간에 있는 스핀파 분산 관계는 치우치게 된다. 또한 실제 나노선 공간에서 위치 의존 강자성 공명 스펙트럼에 대해 연구하였다. 스핀 전달 토크에 의해 자구벽이나 나노선 경계로부터 생기는 스핀파의 형태는 정상파가 되고 강한 국소적 스핀파 간섭 현상이 생긴다. 공간적으로 국소적으로 생긴 간섭 간의 거리는 일정하다. 그것은 스핀파 Doppler 쏠림 현상과 매우 밀접한 관계에 있다.
수직 자기 이방성의 유무에 대하여 나노점 디스크나 무한 박막에서 감쇠 상수와 관련된 스핀 동역학에 대해 연구하였다. 특별히, 수직 자기 이방성을 갖고 주기적 경계 조건이 적용된 무한 박막의 동역학적인 자기 감수율에 대해 시뮬레이션을 하였다. 또한 Landau-Lifshitz-Gilbert 방정식으로부터 유도된 자기 감수율과 시뮬레이션 결과를 비교하였다. 본 연구를 통해 시뮬레이션과 분석적 해석으로 유도된 식으로부터 실제로 수직 자기 이방성 박막의 감쇠 상수 측정 실험이 어려운 이유를 설명할 수 있다.
교환 바이어스 효과에 대한 연구는 지난 십여 년 동안 활발히 진행되었다. 그러나 교환 바이어스 효과를 갖고 있는 시스템에서 스핀 동역학이나 감쇠 현상에 관한 연구 결과는 많지 않다. 본 연구는 넓은 대역폭을 갖고 있는 벡터 네트워크 분석기를 이용해서 강자성 공명으로부터 스핀 동역학을 연구하였다. NiFe/FeMn 이종 접합 구조에서 다양한 외부 정자기장에 대한 강자성 공명 스펙트럼을 얻고, 이를 분석하여 동역학적인 거동을 관측하였다. FeMn의 두께 변화에 대한 교환 바이어스의 크기를 기본적인 진동 시료 자력계로 측정하였고 벡터 네트워크 분석기에 의한 강자성 공명 주파수를 측정하여 확인하였다. 강자성 공명 스펙트럼을 분석해서 교환 바이어스를 갖고 있는 NiFe/FrMn의 스핀 동역학에 대한 연구를 하고 감쇠 상수를 구했다. 정역학적 거동을 나타내는 비대칭인 자기 이력 곡선에서 교환 바이어스 효과를 알 수 있듯이 스핀 동역학도 인가 외부 정자기장의 방향에 따라 다르게 나타남을 확인할 수 있다. 결과적으로 겉보기 감쇠 상수가 양과 음의 자기장의 방향에 대해 다르게 나타난다. 그러므로 강자성 박막과 반강자성 박막이 접촉할 때 생기는 교환 바이어스 시스템에서 강자성 박막의 감쇠 상수는 인가 외부 정자기장의 방향에 대해서 상대적인 교환 바이어스 자기장의 방향에 영향을 받는다.
자구벽이 있는 강자성 나노선 또는 단자구인 강자성 나노선에서 강자성 공명 시뮬레이션으로 스핀파 분산 관계를 연구하였다. 스핀 전달 토크에 의해서 스핀파 Doppler 쏠림 현상이 생기고 파수 벡터 공간에 있는 스핀파 분산 관계는 치우치게 된다. 또한 실제 나노선 공간에서 위치 의존 강자성 공명 스펙트럼에 대해 연구하였다. 스핀 전달 토크에 의해 자구벽이나 나노선 경계로부터 생기는 스핀파의 형태는 정상파가 되고 강한 국소적 스핀파 간섭 현상이 생긴다. 공간적으로 국소적으로 생긴 간섭 간의 거리는 일정하다. 그것은 스핀파 Doppler 쏠림 현상과 매우 밀접한 관계에 있다.
수직 자기 이방성의 유무에 대하여 나노점 디스크나 무한 박막에서 감쇠 상수와 관련된 스핀 동역학에 대해 연구하였다. 특별히, 수직 자기 이방성을 갖고 주기적 경계 조건이 적용된 무한 박막의 동역학적인 자기 감수율에 대해 시뮬레이션을 하였다. 또한 Landau-Lifshitz-Gilbert 방정식으로부터 유도된 자기 감수율과 시뮬레이션 결과를 비교하였다. 본 연구를 통해 시뮬레이션과 분석적 해석으로 유도된 식으로부터 실제로 수직 자기 이방성 박막의 감쇠 상수 측정 실험이 어려운 이유를 설명할 수 있다.
교환 바이어스 효과에 대한 연구는 지난 십여 년 동안 활발히 진행되었다. 그러나 교환 바이어스 효과를 갖고 있는 시스템에서 스핀 동역학이나 감쇠 현상에 관한 연구 결과는 많지 않다. 본 연구는 넓은 대역폭을 갖고 있는 벡터 네트워크 분석기를 이용해서 강자성 공명으로부터 스핀 동역학을 연구하였다. NiFe/FeMn 이종 접합 구조에서 다양한 외부 정자기장에 대한 강자성 공명 스펙트럼을 얻고, 이를 분석하여 동역학적인 거동을 관측하였다. FeMn의 두께 변화에 대한 교환 바이어스의 크기를 기본적인 진동 시료 자력계로 측정하였고 벡터 네트워크 분석기에 의한 강자성 공명 주파수를 측정하여 확인하였다. 강자성 공명 스펙트럼을 분석해서 교환 바이어스를 갖고 있는 NiFe/FrMn의 스핀 동역학에 대한 연구를 하고 감쇠 상수를 구했다. 정역학적 거동을 나타내는 비대칭인 자기 이력 곡선에서 교환 바이어스 효과를 알 수 있듯이 스핀 동역학도 인가 외부 정자기장의 방향에 따라 다르게 나타남을 확인할 수 있다. 결과적으로 겉보기 감쇠 상수가 양과 음의 자기장의 방향에 대해 다르게 나타난다. 그러므로 강자성 박막과 반강자성 박막이 접촉할 때 생기는 교환 바이어스 시스템에서 강자성 박막의 감쇠 상수는 인가 외부 정자기장의 방향에 대해서 상대적인 교환 바이어스 자기장의 방향에 영향을 받는다.
목차
Introduction 1Structure of the thesis 3１Basic theory 4１.1 Origin of ferromagnetism 4１.1.1 Exchange interaction 5１.1.2 Spontaneous magnetization and Curie temperature 7１.1.3 Band (Stoner) theory of ferromagnetism 7１.2 Energetics in ferromagnets 10１.3 Magnetic resonance 15１.3.1 History of magnetic resonance 15１.3.2 Nuclear magnetic resonance 16１.3.3 Ferromagnetic resonance 17１.4 Magnetization dynamics 18２ Micromagnetic simulations 21２.1 Overview 21２.1.1 Object oriented micromagnetic framework 21２.2 Ferromagnetic nano-wire with domain wall 22２.2.1 Motivation 22２.2.2 Micromagnetic techniques 23２.2.3 Magnetic domain wall ferromagnetic resonance 25２.2.4 Current-induced localized spin wave interference 31２.3 Thin films with perpendicular magnetic anisotropy 40２.3.1 Motivation 40２.3.2 Micromagnetic techniques 42２.3.3 A nano-dot disk in ferromagnetic resonance simulations 44２.3.4 Infinite thin films in ferromagnetic resonance simulations 53２.3.4.1 Analytic solutions 53２.3.4.2 Numerical solutions 65３ Vector network analyzer ferromagnetic resonance experiments for exchange biased bilayers 81３.1 Overview of exchange bias 81３.2 Experiment techniques 85３.2.1 Sample fabrication 85３.2.2 Vibrating sample magnetometer 86３.2.3 Vector network analyzer ferromagnetic resonance 86３.3 Results and discussion 93４ Conclusion 101５ Bibliography 103
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