KR101661411B1 - Dzyaloshinskii-Moriya interaction meter, DMI meter - Google Patents

Abstract

자 연구에 자구벽 이동 효율을 결정하는 핵심 물리적인 요소인 드잘로신스키-모리야 상호작용(Dzyaloshinskii-Moriya interaction, DMI) 상수 측정 기술에 관한 것이다. 기존의 측정 방법은 수평 방향 자기장 크기에 따른 자구벽 이동 속력 그래프의 대칭축으로서 얻는 방법의 수평 방향 자기장 최대값 크기에 따라 측정 범위의 한계를 가지고 있다. 그러나 본 발명의 측정 기술은 수평 방향 자기장 변화에 따른 자구벽 이동 속력 그래프의 대칭축이 자구벽 각도에 따른 변화하는 현상을 이용하여, 수평 방향 자기장 최대값 크기보다 큰DMI 상수 값 측정 가능하다. 이를 통해 기존 방법의 한계를 극복하여 DMI 상수 값을 보편적으로 측정이 가능하다.(DMI) constant, which is a key physical factor that determines the efficiency of the wall displacement. The conventional measurement method has a limitation of the measurement range according to the magnitude of the horizontal magnetic field maximum value obtained as the symmetry axis of the graph of the magnetic wall movement speed according to the horizontal magnetic field size. However, the measurement technique of the present invention can measure the DMI constant value larger than the horizontal magnetic field maximum value by using the phenomenon that the axis of symmetry of the magnetic domain wall movement speed graph according to the horizontal magnetic field change changes with the magnetic wall angle. It is possible to overcome the limitation of the existing method and to measure the DMI constant value universally.

Description

드잘로신스키-모리야 상호작용 측정기 {Dzyaloshinskii-Moriya interaction meter, DMI meter}Dzaloshinskii-Moriya interaction meter, DMI meter}

본 발명은 자구벽 메모리 소자 연구에 자구벽 이동 효율을 결정하는 핵심 물리적인 요소인 드잘로신스키-모리야 상호작용(Dzyaloshinskii-Moriya interaction, DMI) 상수 측정 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for measuring the Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) constant, which is a key physical factor for determining the magnetic wall wall displacement efficiency in the study of the magnetic wall memory device.

정보 산업이 발달함에 따라 대용량의 정보 처리가 요구되며, 대용량의 정보를 읽고 저장하는 정보 저장매체에 관한 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 정보를 읽고 저장하는 매체로서 Hard disk driver (HDD)가 널리 사용되고 있다. HDD의 읽기/쓰기 과정은 기계적 헤드와 disk를 회전하는 매체로서 구동을 하며, 수 TB 이상의 대용량 정보를 저장할 수 있다. 그러나 HDD는 기계적으로 회전하는 부분을 가져서 기계적 부분이 마모가 되거나, 동작 시 오류가 발생할 가능성이 크기 때문에 정보 저장의 신뢰성이 떨어지며, 기계적인 부분을 포함하고 있기 때문에 휴대하기에 불안정 등으로 차세대 정보 저장매체로서 여러 가지 문제점을 가지고 있다.As the information industry develops, a large amount of information processing is required, and demand for information storage media for reading and storing large amounts of information is continuously increasing. A hard disk driver (HDD) is widely used as a medium for reading and storing information. The read / write process of the HDD drives the mechanical head and the disk as a rotating medium, and can store a large amount of information of several TB or more. However, since the HDD has a mechanically rotating part, there is a possibility that the mechanical part is worn or error occurs during operation, the reliability of the information storage is poor, and since it includes a mechanical part, the next generation information storage There are various problems as media.

차세대 정보 저장매체 개발을 위해, 자성 물질의 자구벽(magnetic domain wall)을 이용하여 자구벽을 기반으로 한 메모리 장치가 제안되고, 이에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다. 자성 물질에서 일반적으로 같은 방향으로 정렬된 자기 모멘트(magnetic moment) [또는 자화]로 구성된 구조체를 자구(magnetic domain)라고 한다. 자구로 구성된 자성계에서, 서로 다른 방향의 자구들의 경계 부분을 자구벽이라고 한다. 자구의 크기 및 정렬 방향은 자성계의 안정된 에너지를 조절을 통해 적절히 제어 할 수 있기 때문에, 외부에서 인가하는 에너지(자기장 또는 전류)를 통해 자구벽을 이동시킬 수 있다.In order to develop a next generation information storage medium, a memory device based on a magnetic domain wall using a magnetic domain wall of a magnetic material has been proposed, and studies thereof have been actively performed. A structure composed of magnetic moments (or magnetizations) generally aligned in the same direction in a magnetic material is called a magnetic domain. In magnetic systems composed of magnetic domains, the boundaries of magnetic domains in different directions are called magnetic domain walls. Since the magnitude and alignment direction of the magnetic domain can be controlled appropriately by controlling the stable energy of the magnetic field, the magnetic domain wall can be moved through the energy (magnetic field or current) applied from the outside.

자성물질을 나노/마이크로 공정을 통해 얇은 폭을 가진 리본형태의 구조를 만들면 폭방향으로는 자화 상태가 일정하게 형성될 수 있고, 자구의 정렬 방향을 "1" 또는 "0"으로 대응시키면 메모리 소자로서 활용을 할 수 있다. 이러한 형태의 메모리를 International Business Machines Corporation (IBM) Almaden Research Center의 S. S. P. Parkin 박사가 2008년에 자구벽 레이스트랙 메모리(magnetic domain wall racetrack memory) 소자로 제안을 하였다. 자구벽 레이스트랙 메모리 소자의 구동을 위해서는 모든 자구벽이 한쪽 소자의 길이 방향으로 균일하게 이동하는 것이 필요한데, 이 메모리 소자는 전류 이용하여 자구벽을 한쪽 방향으로 이동시켜 구동을 한다.When a magnetic material is made into a ribbon-like structure having a thin width through a nano / micro process, the magnetization state can be uniformly formed in the width direction, and when the alignment direction of the magnetic domains is made to correspond to "1" As shown in FIG. This type of memory was proposed by S. S. P. Parkin of the Almaden Research Center, International Business Machines Corporation (IBM) in 2008 as a magnetic domain wall racetrack memory device. In order to drive the magnetic domain wall race track memory device, it is necessary for all the magnetic domain walls to move uniformly in the longitudinal direction of one element. This memory element drives the magnetic domain wall in one direction by using current.

전류로 자구벽을 이동시켜 새로운 메모리 소자가 제안이 되었는데, 메모리 소자로서 이용을 하려면 기본적으로 다음의 두 가지 특성들이 필요하다. 첫째, 낮은 전류 밀도에서 자구벽이 구동을 해야 한다. 구조물에 전류를 주입하게 되면, 줄 열(Joule heating) 효과에 의해 구조물의 온도가 상승하게 되는데, 높은 전류를 주입할수록 온도가 계속 증가하여 결국은 자기적 성질을 변하게 되어 메모리 구동 시 오류를 발생하게 된다. 둘째, 자구벽이 빠른 속력으로 움직여야 한다. 자구벽을 빠르게 움직이기 위해서는 높은 전류를 주입해야 하는데, 이는 결국 첫 번째에서 언급한 문제를 야기하게 된다. 이점을 해결을 위해서는 전류에 의한 자구벽 이동 효율을 증가시켜야 한다. 전류에 의한 자구벽 이동 과정에서, 개념적으로 전류를 구동 힘으로 생각할 수 있다. 최근 연구들에서, 스핀 전달 토크(spin-transfer torque)가 구동력으로 작용을 해 자구벽이 이동한다는 보고들이 있었다. 그리고 이후 많은 후속 연구들을 통해, 스핀 궤도 토크(spin-orbit torque)가 스핀전달 토크보다 더 큰 힘으로 작용을 함이 보고되었다. 여기에서 스핀 궤도 토크가 자구벽 이동에 역할을 하기 위해서는 자구벽이 넬월(Neel wall) 형태로 존재하여야 한다. 보고된 연구 결과에 따르면, 자성 물질이 DMI를 가지고 있으면 자구벽이 넬월 형태로 존재하고, 따라서 DMI가 전류 인가 자구벽 이동 효율에 중요한 역할을 한다.A new memory device has been proposed by moving the magnetic domain wall by a current. In order to use the memory device as a memory device, the following two characteristics are basically required. First, the magnetic domain wall must be driven at a low current density. When the current is injected into the structure, the temperature of the structure rises due to the joule heating effect. As the high current is injected, the temperature continuously increases and the magnetic properties are eventually changed. do. Second, the wall must move at a high speed. In order to move the magnetic domain wall quickly, a high current must be injected, which leads to the problem mentioned in the first. To solve this problem, it is necessary to increase the efficiency of the magnetic wall movement by the current. In the process of moving the magnetic domain wall by the current, the current can be considered as a driving force conceptually. In recent studies, there have been reports that the spin-transfer torque acts as a driving force and the wall moves. And many subsequent studies have reported that the spin-orbit torque acts at a force greater than the spin transfer torque. Here, in order for the spin-orbit torque to play a role in the magnetic wall movement, the magnetic wall must exist in the form of a Neel wall. According to the reported results, when magnetic material has DMI, the magnetic wall is in the form of a Nelly-type, and thus DMI plays an important role in current-driven magnetic domain wall displacement.

2013년에 자기 스컬미온(magnetic skyrmion) 상태를 이용한 메모리 소자가 제안 되었고, 이것을 스컬미온 레이스트랙 메모리(skyrmion racetrack memory)라고 한다. 스컬미온 레이스트랙 메모리는 낮은 전류 에서 스컬미온이 높은 속력으로 이동을 하고, 특정 조건에서는 스컬미온이 구조물에 포함된 장애물도 피해서 이동하는 장점들을 가지고 있어서, 차세대 메모리로서 각광을 받고 있다. 여기에서 자성물질이 안정된 스컬미온 형태로 존재를 하려면 큰 DMI를 가져야 한다. 따라서 자성계가 얼마나 큰 DMI 값을 측정하는 방법이 필요하다. In 2013, a memory device using a magnetic skyrmion state is proposed, which is called a skyrmion racetrack memory. The Skull Mine Race Track memory has the advantage of moving skulls at high speeds at low currents, and under certain conditions skull mines avoid obstacles included in structures, making them the next generation of memory. Here, the magnetic material should have a large DMI in order to exist in a stable skull shape. Therefore, a method of measuring the DMI value of a magnetic system is required.

앞서 언급한 DMI는 전류에 의한 자구벽 이동 효율과 관련이 있고, 안정된 스컬미온을 만드는데 중요한 역할을 하기 때문에 그 값을 측정 하는 것이 중요하다. 이에 따라 DMI 값을 얻는 많은 측정 기법들이 개발 되었다. 그 중 비대칭적 자구벽 이동 현상으로 DMI 값을 측정할 수 있는데, 이 방법은 다른 방법들에 비해 측정이 매우 쉽고 간단한 장점을 가지고 있다. 그러나 이 측정 방법은 측정 계의 수평 자기장 크기 범위가 제한이 되면, DMI 값을 측정할 수 없는 한계점을 가지고 있다. 다른 측정 기법들로 스핀파를 이용하여 DMI 값을 측정하는 기법이 고안되었는데, 이 경우에는 작은 DMI값을 측정 못하는 단점을 가지고 있다.It is important to measure the above-mentioned DMI because it is related to the efficiency of the magnetic wall movement by the current and plays an important role in making stable skull mist. Thus, many measurement techniques have been developed to obtain DMI values. It is possible to measure the DMI value by the asymmetric magnetic wall movement phenomenon, which is very easy and simple to measure compared to other methods. However, this measurement method has a limitation in that the DMI value can not be measured when the horizontal magnetic field size range of the measuring system is limited. In other measurement techniques, a technique for measuring the DMI value using a spin wave has been devised. In this case, it has a disadvantage in that it can not measure a small DMI value.

본 발명은 상기에 제시된 DMI 측정 방법의 여러 문제점을 해결하기 위한 것으로, DMI 측정 시 수평 자기장 크기 범위에 제한 받지 않으며, 큰 DMI 값 측정, 작은 DMI값 정밀하게 측정 할 수 있는 새로운 DMI 측정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a new DMI measuring device capable of accurately measuring a large DMI value and a small DMI value without being limited by the horizontal magnetic field size range when measuring the DMI. .

본 발명의 일 관점에 따르면, 특정 각도(제2자기장의 벡터 방향과 자구벽에 수직 벡터방향 사이각)를 가진 선형 자구벽에 제1방향(수평, x방향)으로 제1 자기장 및 제2 방향(면에 수직, z방향)으로 제2 자기장을 인가하여 제1자기장 크기를 고정하고 제2자기장 크기 변화에 따른 자구벽 속력 변화를 측정하여 자구벽 속력의 비대칭 축인 제2 자기장 값을 구하는 제1단계; 및 1단계와 같은 방법으로 자구벽 각도에 대해 비대칭 축인 제2 자기장 값들로부터 DMI 값을 얻을 수 있다.According to an aspect of the present invention, a linear magnetic domain wall having a certain angle (angle between a vector direction of a second magnetic field and an angle between a vertical vector direction of a magnetic domain wall) and a first magnetic field and a second direction A first magnetic field strength is fixed by applying a second magnetic field in a direction perpendicular to the surface of the magnetic domain wall (in the z direction perpendicular to the plane), and a change in the magnetic domain wall velocity in accordance with the change in the second magnetic field size is measured to obtain a second magnetic field value step; And the DMI value can be obtained from the second magnetic field values that are asymmetric with respect to the magnetic domain wall angle in the same manner as the first step.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시로, 제2방향의 자기장 크기 범위의 제한 없이 큰 DMI 값 측정 가능한, 보편적인 DMI 측정법이 될 수 있다.According to one embodiment of the present invention as described above, a universal DMI measurement method capable of measuring a large DMI value without limitation of the magnetic field size range in the second direction can be obtained.

이를 통해 기존 연구와 앞으로 제안될 새로운 물질에 대한 DMI값을 측정하여, 물질 구조에 따른 DMI 변화에 대한 연구, DMI 측정을 통해 스컬미온 구조를 형성할 물질 연구, 앞서 제시한 메모리 소자 연구에 큰 기여를 할 것으로 생각된다.In this study, we investigated the DMI changes according to the material structure by measuring the DMI values for the existing research and the new materials to be proposed in the future, the study of the materials to form the skull structure by the DMI measurement, .

도 1은 비대칭적 자구벽 이동 현상으로 DMI 측정법을 개략적으로 도시한 도면이다.
　　　　　　　　도 2는 임의의 자구를 생성하는 thermomagnetic writing 기법을 개략적으로 도시한 공정순서도이다. 이 기법을 이용하면 선형 자구벽을 생성 할 수 있다.
도 3은 0°선형 자구벽의 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 임의의 각도를 가진 선형 자구벽의 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명을 이용한 Pt/Co/Pt 수직 자기 이방성 물질에서 제2방향 자기장 크기에 따른 자구벽 속력 측정 결과를 자구벽 각도에 따라 얻은 실험결과이다.
도 6은 도5로부터 얻은 비대칭 축의 제2 자기장 값을 자구벽 각도에 따라 구한 실험결과이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram schematically showing a DMI measurement method as an asymmetric magnetic domain wall migration phenomenon. FIG.
FIG. 2 is a process flowchart schematically showing a thermomagnetic writing technique for generating arbitrary magnetic domains. FIG. With this technique, a linear magnetic domain wall can be created.
FIG. 3 is a schematic illustration of a 0 ° linear magnetic domain wall. FIG.
4 is a schematic illustration of a linear magnetic domain wall having an arbitrary angle.
FIG. 5 is a graph showing the result of measurement of the magnetic domain wall velocity according to the magnitude of the second direction magnetic field in the Pt / Co / Pt perpendicular anisotropic material using the present invention, according to the wall angle of the magnetic domain wall.
FIG. 6 is a result of an experiment in which the second magnetic field value of the asymmetric axis obtained from FIG. 5 is obtained according to the magnetic wall angle.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예와 결과 등에 대해 설명하고자 한다. 이하의 실시 예와 결과는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소 될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The following examples and results are provided so that the disclosure of the present invention will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.

일반적으로 강자성체는 자성 물질에서 인접한 자기 모멘트들이 서로 나란한 방향으로 정렬하려는 물질을 말하며, 비자성 물질 위에 강자성 물질이 수 Å에서 수 nm 정도 되는 두께를 가질 때, 수직 자기 이방성 자성 박막을 만들 수 있다.Generally, a ferromagnetic material refers to a material that aligns adjacent magnetic moments in a magnetic material. When a ferromagnetic material has a thickness of several nanometers to several nanometers above a nonmagnetic material, a perpendicular magnetic anisotropic magnetic thin film can be formed.

상기에서 명시한 자성 박막을 위에서 살펴보면, 자성 물질에서 위 또는 아래 방향으로 정렬된 자기 모멘트 [또는 자화]의 영역을 자구라고 하고, 서로 다른 방향의 자구들의 경계를 자구벽이라고 한다. 자구벽 또는 (원형)자구는 여러 가지 구동력에 의해 이동되는데, 그 중 전류를 주입시켜 여러 가지 차세대 메모리 소자들이 제안되었다. 예를들면, 나노선 구조에서 전류를 구조물에 주입시켜 자구벽을 이동시키는 메모리 소자로서 자구벽 레이스트랙 메모리와 매우 작은 원형 자구 형태를 가지는 스컬미온이라는 상태에 전류를 주입시켜 스컬미온 이동 시키는 메모리 소자로서 스컬미온 레이스트랙 메모리도 있다. Looking at the magnetic thin film described above, the magnetic moment (or magnetization) region aligned in the up or down direction in the magnetic material is called a magnetic domain, and the boundary between domains in different directions is called a magnetic domain wall. The magnetic domain wall or the (circular) magnetic domain is moved by various driving forces, and various kinds of next generation memory devices are proposed by injecting current. For example, as a memory device that moves a magnetic domain wall by injecting a current into a structure in a nanowire structure, a memory device for moving a skull mine by injecting a current into a state of a self-wall race track memory and a skyline having a very small circular- There is also a Skull Mion race track memory.

레이스트랙 메모리에서 전류에 의한 자구벽 이동 효율이 응용을 하기 위해서 중요한 요소인데, 이런 효율을 높이기 위해서는 전류가 강한 구동력으로 작용을 해야 한다. 최근 연구 결과에 따르면, 스핀-궤도 돌림힘이 강한 구동력으로 작용하는 보고들이 있었다. 또한 스컬미온 레이스트랙을 만들려면 자구가 안정된 스컬미온 상태로 만들어져야 한다. 놀랍게도 최근 보고된 연구에 의하면, 자성체가 강한 DMI를 가지고 있으면, 큰 스핀-궤도 돌림힘을 가질 뿐만 아니라 안정된 스컬미온 상태로 존재한다. 따라서 이 값을 측정 하는 것이 중요하기 때문에, 이에 따라 DMI 값을 얻는 많은 측정 기법들이 개발 되었지만, 각 측정법마다 DMI 크기에 따라 측정이 제한되는 문제를 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 본 발명은, DMI 크기에 상관없이 측정 가능한, 보편적인 DMI 측정법에 관한 것이다.In the race track memory, the efficiency of the magnetic wall movement by the current is an important factor for application. In order to increase the efficiency, the current should act as a strong driving force. Recent research has shown that spin-orbital torque acts as a strong driving force. In addition, to create a Skull Mion race track, the lure must be made in a stable skull condition. Surprisingly, according to a recently reported study, when a magnetic body has a strong DMI, it not only has a large spin-orbit torque, but also exists in a stable skull temperature condition. Therefore, since it is important to measure this value, many measurement techniques have been developed to obtain the DMI value, but there is a problem that the measurement is limited depending on the DMI size for each measurement method. In order to solve this problem, the present invention relates to a universal DMI measurement method which can be measured regardless of the DMI size.

도 1은 비대칭적 자구벽 이동 현상으로 DMI 측정법을 개략적으로 도시한 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram schematically showing a DMI measurement method as an asymmetric magnetic domain wall migration phenomenon. FIG.

도 1(a)는 수직 자기 이방성 시료에 위(up) 자구와 아래(down) 자구 형태의 안정된 상태를 도시한 것이다. 여기에 도 1(b)에서 나타낸 것처럼 (제1방향) 수직방향 자기장 H _z와 (제2방향) 수평방향 자기장 H _x를 동시에 인가를 하면, 비대칭적 자구벽 이동 현상이 나타난다. [도 1(b)에서 안쪽 원 표면의 점선은 초기 자구 바깥 타원 표면의 점선은 확장 후 자구 표면을 나타낸다.] 비대칭적 자구벽 이동 현상이 나타나는 요인을 설명하면 다음과 같다. 자성 박막이 DMI값을 가지고 있으면, DMI가 2번 방향의 자기장과 같은 역할로 자구벽에 작용을 해, 자구벽의 자화가 자구벽의 수직한 방향으로 정렬되어 있다. 이때, 자구벽에 2번 방향의 자기장을 걸어주게 되면, 이것에 의한 Zeeman에너지와 DMI에 의한 자기장으로 발생한 에너지와 초기 자구벽 자화가 선호하는 방향의 이방성 에너지들이 이 계의 에너지를 최소화 하려고 한다. 이때, 에너지가 최대가 되는 순간이 DMI값을 2번 방향의 자기장으로 상쇄를 시켰을 때 나타나는데, 이 경우 자구벽의 속력이 최소값이 된다. 따라서 자구벽의 속력이 최소값일 때 넣어 준 2번 방향의 자기장의 크기를 통해 DMI 값을 얻게 된다.FIG. 1 (a) shows a stable state in the form of an up magnetic field and a down magnetic field in a perpendicular magnetic anisotropic sample. As shown in FIG. 1 (b), if a vertical magnetic field H _z and a horizontal magnetic field H _x in the (second direction) are simultaneously applied, an asymmetric magnetic domain wall migration phenomenon occurs. (The dotted line on the inner circle surface in FIG. 1 (b) represents the surface of the expanded magnetic domain surface after the dotted line on the outer ellipse surface of the initial magnetic domain.) The factors that cause the asymmetric magnetic domain wall migration phenomenon are as follows. If the magnetic thin film has a DMI value, the DMI acts on the magnetic domain wall in the same manner as the magnetic field in the second direction, and the magnetization of the magnetic domain wall is aligned in the vertical direction of the magnetic domain wall. At this time, if a magnetic field of direction 2 is applied to the magnetic domain walls, the energy generated by the Zeeman energy and the magnetic field by the DMI and the anisotropic energies in the direction of the magnetization of the initial magnetic domain are intended to minimize the energy of the system. In this case, when the energy is maximized, the DMI value is canceled by the magnetic field in the second direction. In this case, the velocity of the magnetic wall becomes the minimum value. Therefore, the DMI value is obtained through the magnitude of the magnetic field in the direction 2 which is inserted when the velocity of the magnetic wall is the minimum value.

도 2는 임의의 자구를 생성하는 thermomagnetic writing 기법을 개략적으로 도시한 공정순서도이다.FIG. 2 is a process flowchart schematically showing a thermomagnetic writing technique for generating arbitrary magnetic domains. FIG.

도3를 참조하여, thermomagnetic writing 기술에 대해서 설명하려 한다. 1단계: (1)에서 자성 박막에 국소 부분을 레이저를 통해 온도를 증가시키면 자성 특성이 국소적으로 변해 높은 에너지 상태가 되어, 1번 방향의 자기장에 의해 더 잘 반응을 하게 된다. 2단계: 레이저를 주입한 상황에서 (2)과 같이 약간의 1번 방향의 자기장을 걸어주게 되면, 국소 원형 자구를 만들 수 있다. 3단계: 자동화된 스테이지를 이용해 시료의 위치를 이동을 시킨다. 1단계-3단계 과정을 (3)-(6) 같이 반복해 원하는 위치에 (6) 원형 자구들을 만들 수 있다. 앞에서 명시한 방법을 이용해 자동화 스테이지가 움직일 때에도 레이저를 주입과 동시에 1번 방향의 자기장을 걸어주게 되면 선형 도메인을 만들 수 있다. 또한 이 과정을 2차원의 특정 축 방향으로 움직이게 되면 원하는 각도를 가진 선형 도메인을 만들 수 있다.Referring to FIG. 3, a thermomagnetic writing technique will be described. Step 1: In (1), when the local part of the magnetic thin film is increased in temperature through the laser, the magnetic property locally changes and becomes a high energy state, and the magnetic field in the first direction reacts better. Step 2: In case of injecting the laser, if you apply a slight magnetic field in direction 1 as in (2), you can make a local circular magnet. Step 3: Move the sample using an automated stage. Repeat steps 1 and 3 with steps (3) - (6) to create circular bullets at the desired location. Even when the automated stage is moved using the method described above, a linear domain can be created by applying a magnetic field in the first direction simultaneously with injecting the laser. Moving this process to a specific axis direction in two dimensions can also create a linear domain with the desired angle.

도3은 0°선형 자구벽의 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 3 is a schematic illustration of a 0 ° linear magnetic domain wall. FIG.

도 3을 참조하면, 도2에서 언급한 thermomagnetic writing 기술을 이용하여, 자구벽의 수직인 벡터가 2번 방향의 자기장 사이의 각이 0도인 선형 자구벽을 만들수 있다. 여기에 도1에서 언급한 원리와 같은 방법으로 자구벽에 수직한 속력 v _^를 측정하여 비대칭 축을 통해, DMI값을 얻을 수 있다. Referring to FIG. 3, by using the thermomagnetic writing technique described in FIG. 2, a perpendicular vector of the magnetic domain wall can form a linear magnetic domain wall having an angle of 0 degrees between the magnetic fields in the direction # 2. Here, the DMI value can be obtained through the asymmetric axis by measuring the velocity v _^ perpendicular to the magnetic wall in the same manner as the principle mentioned in Fig.

도4는 임의의 각도를 가진 선형 자구벽의 개략적으로 도시한 도면이다.4 is a schematic illustration of a linear magnetic domain wall having an arbitrary angle.

도4를 참조하여, 본 발명의 핵심 기술을 언급하려 한다. 도4는 도3과의 차이점이 자구벽이 특정한 각도 θ 를 가지고 있다. 도3과 도4의 같은 점은 DMI에 의한 자기장이 자구벽에 수직한 방향으로 작용을 한다는 점이다. 도3에서는 DMI에 의한 자기장과 제2자기장이 나란하여 크기를 더하거나 빼는 역할을 한다. 그러나 도4에서는 DMI에 의한 자기장과 제2자기장이 나란하지 않아, DMI에 의한 자기장이 2번방향에 나란한 성분만 유효자기장 역할을 하게 된다. 즉 DMI에 의한 자기장의 Cosine값만큼 역할을 하게 된다. 따라서 비대칭축의 자기장을 H_shift로 정의를 하면, DMI에 의한 자기장 H_DMI와 H_shift는 H_shift=H_DMIcosθ 관계를 가진다. 따라서 특정 각도 θ 에서 비대칭적 자구벽 이동 속력을 측정하여 대칭축인 H_shift을 얻으면 원칙적으로 H_DMI를 측정할 수 있다. 이 방법은 H_DMI값이 2번 방향의 자기장 크기보다 큰 경우에 H_shift을 얻을 수 없을 때, 특정 각도 θ를 만들어 대칭축이 측정 범위 안에 들어와 비대칭축 H_shift를 이용해 H_DMI값을 얻을 수 있는 방법이 된다.Referring to FIG. 4, the key technology of the present invention will be referred to. Fig. 4 differs from Fig. 3 in that the magnetic wall has a specific angle [theta]. The same points in FIGS. 3 and 4 are that the magnetic field due to DMI acts in a direction perpendicular to the magnetic wall. In FIG. 3, the magnetic field generated by the DMI is aligned with the second magnetic field, thereby adding or subtracting the magnitude. However, in FIG. 4, since the magnetic field generated by the DMI is not parallel to the second magnetic field, only the component parallel to the direction of the magnetic field by the DMI acts as an effective magnetic field. That is, the cosine of the magnetic field caused by DMI. Therefore, if the magnetic field of the asymmetric axis is defined as H _shift , the magnetic field H _DMI and H _shift due to _DMI have the relationship of H _shift = H _DMI cos θ. Therefore, by measuring the asymmetric magnetic wall movement speed at a specific angle θ and obtaining the H _shift as the symmetry axis, H _DMI can be measured in principle. In this method, when H _shift is not obtained when the H _DMI value is larger than the magnitude of the magnetic field in direction 2, a specific angle θ is created to obtain the H _DMI value using the asymmetric axis H _shift .

도5는 본 발명을 이용한 Pt/Co/Pt 수직 자기 이방성 물질에서 제2방향 자기장 크기에 따른 자구벽 속력 측정 결과를 자구벽 각도에 따라 얻은 실험결과이다.FIG. 5 is a graph showing the result of measurement of the magnetic domain wall velocity according to the magnitude of the second direction magnetic field in the Pt / Co / Pt perpendicular anisotropic material using the present invention, according to the wall angle of the magnetic domain wall.

도5는 이 측정기의 유효성에 대하여 실험적으로 확인한 결과이다. 이 결과는 특정 각도 θ를 만들어 2번 방향의 자기장 크기에 따른 자구벽 속력을 측정한 결과이다. θ =0°에서는 비대칭 축이 약 17 mT 값을 가진다. θ =30°, 60°, 90°로 계속 증가를 하면 이 값에 따라 비대칭 축이 점점 감소하는 결과를 보인다. 도5의 그래프의 삽입 그림은 해당 각도의 자구벽이 이동을 하는 모습을 나타낸 것이다.Fig. 5 shows the result of experimentally confirming the effectiveness of the measuring instrument. This result is the result of measuring the magnetic wall speed according to the magnitude of the magnetic field in direction 2 by making a certain angle θ. θ = 0 °, the asymmetric axis has a value of about 17 mT. θ = 30 °, 60 ° and 90 °, the asymmetric axis decreases gradually according to this value. The inset of the graph of FIG. 5 shows the magnetic wall of the corresponding angle moving.

도6은 도5로부터 얻은 비대칭 축의 제2 자기장 값을 자구벽 각도에 따라 구한 실험결과이다.FIG. 6 is a result of an experiment in which the second magnetic field value of the asymmetric axis obtained from FIG. 5 is obtained according to the magnetic wall angle.

도6를 참조하면, 비대칭축 H _shift이 자구벽 각도 q 에 대해 Cosine 함수임을 보여준다. 이 결과를 통해 발명자의 제안이 실험적으로 잘 부합함을 볼 수 있다.Referring to FIG. 6, it is shown that the asymmetric axis H _shift is a cosine function for the wall wall angle q . From this result, it can be seen that the inventor 's proposal is in good agreement with the experiment.

Claims (4)

수직 자기 이방성을 가지는 물질에서,
제2방향 자기장 방향과 선형 자구벽에 수직한 방향 사이의 각이 θ 인 선형 자구벽에, 제 1방향으로 자기장을 일정하게 걸고, 제2방향으로 자기장을 걸어 제2방향 자기장 크기에 따른 선형 자구벽의 수직한 방향의 속력 측정을 수행하여,
자구벽 최소 속력에서의 제2방향 자기장 값을 cosθ 를 나눈 값으로부터,
DMI (DMI에 의한 자기장) 측정 방법
In materials with perpendicular magnetic anisotropy,
The angle between the direction of the second direction magnetic field and the direction perpendicular to the linear magnetic domain wall is? A magnetic field is applied in a first direction and a magnetic field is applied in a second direction on the linear magnetic domain wall to measure the velocity of the linear magnetic domain wall in the vertical direction according to the magnitude of the second direction magnetic field,
From the value obtained by dividing the second direction magnetic field value at the minimum wall velocity of the magnetic domain by cos &thetas;
How to measure DMI (magnetic field by DMI)
제1항에서,
각각의 θ 에 대해 cosθ 변화와 자구벽 최소 속력에서의 제2방향 자기장 값 변화를 선형근사(linear fitting)을 통해 얻은 기울기 값으로부터,
DMI (DMI에 의한 자기장) 측정 방법The method of claim 1,
Each θ From the slope value obtained by linear fitting of the second direction magnetic field value change at the minimum wall velocity and the cos &thetas;
How to measure DMI (magnetic field by DMI) 삭제delete 삭제delete

Images