L10-FePt 기반 다양한 접합 구조의 SOT 스위칭 특성 연구

Abstract

스핀-궤도 토크(SOT) 유도 자화 반전은 빠른 스위칭 시간과 전력 소비가 효율적이며 내구성이 높다는 장점으로 많은 관심을 받고 있다. 보자력이 크고 수직자기 이방성이 큰 물질은 장기간에 걸쳐 안정적인 자화 상태를 유지하고 소형화에 용이하기 때문에 자기 데이터 저장 매체로 응용이 되어왔다. L10-FePt물질은 높은 수직자기 이방성(6.6~10*107 erg/cm3)에 기인한 열적 안정성을 갖기 때문에 자기기록소자에 적합한 물질이다. 일반적으로 스핀-궤도 토크 유도 자화 반전은 구조적 반전 비대칭성과 강한 스핀-궤도 결합이 필수적이다. 본 연구에서는 제작된 FePt기반 이종 접합구조 형성이 스핀-궤도 토크 자화 반전에 끼친 영향에 대해 분석하고 논의한다. 연구된 이종접합 구조에서 스핀 전류는 L10-FePt층에 형성된 결정 반전비대칭을 통해 발생시켰다. 그러나, 스핀 전류가 충분하지 않아 L10-FePt 단일층에서는 스위칭 거동 특성을 관찰할 수 없었다. 반면, L10-FePt/Ru/CoFeB 이종 접합 구조의 시편의 경우 Ru/CoFeB층의 스핀 흡수에 의해 SOT 효율이 향상되어 스위칭 거동 특성을 확인할 수 있었다. 이 결과는 L10- FePt기반 자성소자의 층간 구조적 제어를 통하여 스핀-궤도 토크 자화 반전 효율을 향상시킬 수 있다는 의미이며, 이는 스핀트로닉스 소자의 에너지 효율을 높일 수 있는 새로운 방법으로 활용될 수 있을 것이다. | Spin-orbit torque (SOT)-induced magnetic switching has attracted much interest due to its potentially high efficiency in terms of switching time and power consumption, energy efficiency and high endurance. Materials with high coercivity and high perpendicular magnetic anisotropy have been applied as magnetic data storage media because they maintain a stable magnetization state over a long period of time and amenability to miniaturization. The L10-FePt is suitable for magnetic recording devices because its high thermal stability due to high perpendicular magnetic anisotropy (6.6~10*107 erg/cm3). In general, SOT-induced magnetic switching requires structural inversion asymmetry and strong spin-orbit coupling. In this study, the effect of the fabricated FePt-based heterojunction structure formation on the spin-orbit torque magnetization reversal is analyzed and discussed. In the studied heterojunction structure, the spin current was generated through the crystal inversion asymmetry formed in the L10-FePt layer. However, the switching behavior could not be observed in the L10-FePt single layer due to insufficient spin current. On the other hand, in the case of the L10-FePt/Ru/CoFeB heterojunction structure specimen, the SOT efficiency was improved by the spin absorption of the Ru/CoFeB layer, confirming the switching behavior characteristics. This result means that the spin-orbit torque magnetization reversal efficiency can be improved through the interlayer structural control of the L10-FePt-based magnetic device, which can be used as a new method to increase the energy efficiency of spintronic devices.