표면 광자기 커 효과를 이용한 교환결합형 강자성/반강자성 박막에서 교환바이어스 형성 메커니즘 연구

Abstract

Fe$_{50}$Mn$_{50}$ 반강자성층을 사용하는 Ta/Ni$_{81}$Fe$_{19}$/Co$_{90}$Fe$_{10}$/Cu/Co$_{90}$Fe$_{10}$/Fe$_{50}$Mn$_{50}$/Ta 구조의 상부 스핀밸브(top spin valve)와 강자성/반강자성/강자성의 구조를 지니는 Ta/Ni$_{81}$Fe$_{19}$/Fe$_{50}$Mn$_{50}$/Co 다층 박막을 초고진공 스퍼터링(ultrahigh vacuum sputtering) 및 전자빔 증착(e-beam evaporation)으로 제조하였다. 제조한 두 종류의 시편에 대한 교환바이어스 (exchange bias) 형성 메커니즘을 연구하기 위해 표면 광자기 커 효과(surface magneto-optical Kerr effect)를 이용하여 커 회전 이력곡선(Kerr rotation loop)을 측정하였다. 박막 증착 시, 또는 blocking 온도 이상에서 냉각 시 인가한 자기장에 의해 강자성 박막의 일방향 이방성(unidirectional anisotropy)이 형성되는 교환바이어스 현상을 관찰하였다. 강자성/반강자성 박막을 blocking 온도 이상에서 자기장을 인가하여, 강자성 박막의 포화 자화방향을 변화시키고 상온까지 냉각하면, 강자성층의 일방향 이방성은 바로 그 자화방향과 동일하게 형성되었다. Fe$_{50}$Mn$_{50}$ 반강자성층 양쪽에 보자력이 서로 다른 두 강자성층을 지니는 강자성/반강자성/강자성 다층박막에서, 양쪽 강자성 박막의 잔류자화 방향을 blocking 온도 이상에서 서로 상반되게 형성하여 상온까지 냉각하면, 각 강자성 박막에 작용하는 교환바이어스는 서로 반 평행하게 형성되었다. 이들 결과로부터 교환결합형 강자성/반강자성 박막에 형성되는 교환바이어스는 blocking 온도 이상으로 가열하였다가 냉각하는 동안 강자성 박막이 갖고 있는 자화방향에 의해 결정됨을 알 수 있다.