KR102378928B1 - 스커미온 형성 장치 및 방법 - Google Patents

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황찬용
문경웅
양승모
김창수
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한국표준과학연구원
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Abstract

본 발명은 자성박막에서 스커미온을 형성하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 박막의 일부는 박막 평면에 수직한 상방향으로 자화되고, 박막의 또 다른 일부는 상기 박막 평면에 수직한 하방향으로 자화된 자성박막에 버블 스커미온(bubble skyrmion)을 생성하는 스커미온 형성 장치는 상기 박막 평면에 수평한 수평자기장을 생성하여 상기 자성박막에 인가하는 수평자기장 발생장치, 상기 박막 평면에 수직한 수직자기장을 발생하여 상기 자성박막에 인가하는 수직자기장 발생장치, 상기 수평자기장과 상기 박막 평면이 정렬되도록 각도를 제어하는 각도조절장치 및 제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는 상기 각도조절장치를 제어하여 상기 수평자기장과 상기 박막 평면이 정렬되도록 하고, 상기 수평자기장 발생장치와 상기 수직 자기장 발생장치를 제어하여 상기 수평자기장 및 상기 수직자기장이 상기 자성박막에 인가되도록 할 수 있다. 이에 따라, 박막에 형성되어 있는 스트라이프의 폭이 넓은 경우에도 용이하게 버블 스커미온을 생성하도록 할 수 있다.

Description

스커미온 형성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FORMING SKYRMION}
다양한 실시 예는 자성박막에서 스커미온을 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
전통적인 마이크로 전자 장치는 전자에 기초한 전하 이동 작업을 진행하는 것이지만, 스핀 전자 장치는 전자의 스핀 속성에 기초하여 정보의 저장, 전송과 처리를 수행한다. 스핀 전자장치가 이용하는 스커미온(skyrmion)은 강자성(ferromagnetic) 층 표면에서 생성되는 소용돌이 모양의 토폴로지 스핀 구조를 말한다. 스커미온은 직경이 수 나노 미터로 매우 작고, 동작을 시작하기 위한 최소 전류 밀도도 상대적으로 작기 때문에 자기 메모리 또는 논리 소자를 구성하는데 유용할 수 있다.
그런데 스커미온을 이용하여 자기 메모리 도는 논리 소자를 구성하는데 있어서 가장 문제가 되는 것은 스커미온을 빠르고 제어된 상태로 생성하는 것이라 할 수 있다.
이와 관련하여 한국등록특허(등록번호 10-1964904)는 도선에 사인파 전류 또는 코사인파 전류를 인가하면 자성층에 회전전류가 인가되어 그로 인하여 스커미온이 형성될 수 있음을 개시하고 있고, 논문 "“Creation of Magnetic Skyrmion Bubble Lattices by Ultrafast Laser in Ultrathin Films"은 35 펨토초(femto second)의 단일 레이저 펄스를 수직으로 인가하면 버블 스커미온이 형성됨을 개시하고 있다.
하지만 종래의 이러한 기술들은 자성박막에 형성되어 있는 스트라이프 도메인(stripe domain)의 폭이 넓은 경우에는 스커미온이 형성되지 않을 수 있다는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허 제10-1964904호
1. Soong-Geun Je, Pierre Vallobra, Titiksha Srivastava1, Juan-Carlos Rojas-Sαnchez, Thai Ha Pham2, Michel Hehn, Gregory Malinowski, Claire Baraduc, Stephane Auffret, Gilles Gaudin, Stephane Mangin, Helene Bea, Olivier Boulle, "Creation of Magnetic Skyrmion Bubble Lattices by Ultrafast Laser in Ultrathin Films," Nano letters, 2018, 18, 11, 7362-7371.
본 발명의 다양한 실시 예는 상술한 문제를 해소하고, 넓은 폭을 가지는 스트라이프 구조를 가지는 박막에서도 버블 스커미온을 생성할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예는 임의의 스트라이프 폭을 가지는 박막에 적용가능 하여, 스트라이프 폭이 박막의 크기보다 커서 스트라이프 구조가 관찰되지 않는 박막에서도 버블 스커미온을 생성할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 박막의 일부는 박막 평면에 수직한 상방향으로 자화되고, 박막의 또 다른 일부는 상기 박막 평면에 수직한 하방향으로 자화된 자성박막에 버블 스커미온(bubble skyrmion)을 생성하는 스커미온 형성 장치는 상기 박막 평면에 수평한 수평자기장을 생성하여 상기 자성박막에 인가하는 수평자기장 발생장치, 상기 박막 평면에 수직한 수직자기장을 발생하여 상기 자성박막에 인가하는 수직자기장 발생장치, 상기 수평자기장과 상기 박막 평면이 정렬되도록 각도를 제어하는 각도조절장치 및 제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는 상기 각도조절장치를 제어하여 상기 수평자기장과 상기 박막 평면이 정렬되도록 하고, 상기 수평자기장 발생장치와 상기 수직 자기장 발생장치를 제어하여 상기 수평자기장 및 상기 수직자기장이 상기 자성박막에 인가되도록 할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 스커미온 형성 장치는 상기 자성박막의 자화 상태를 촬상하는 이미징 장치를 더 포함하고, 상기 제어장치는 상기 이미징 장치를 통해 획득한 상기 자성박막의 자화 상태에 기초하여 상기 각도조절장치를 제어할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어장치는 상기 수평자기장이 인가되지 않을 때에 상기 자성박막의 자화 상태를 나타내는 제1 이미지를 상기 이미징 장치로부터 획득하고, 상기 수평자기장이 인가된 후에 상기 자성박막의 자화 상태를 나타내는 제2 이미지를 상기 이미징 장치로부터 획득하고, 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 비교하여 상기 자성박막의 자화 상태에 변화가 있는 지를 판단하고, 상기 판단결과에 기초하여, 상기 각도조절장치를 제어할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 제1 이미지 및 제2 이미지는 제1 방향으로 자화된 영역을 나타내는 제1 방향 자기도메인(magnatic domain)을 포함하고, 상기 제1 방향은 상기 상방향 또는 상기 하방향이고, 상기 제어장치는 상기 제1 이미지의 제1방향 자기도메인의 넓이와 상기 제2 이미지의 제1방향 자기도메인의 넓이를 비교하여, 넓이에 변화가 있는 경우, 상기 자성박막의 자화 상태에 변화가 있다고 판단하고, 넓이에 변화가 없는 경우, 상기 자성박막의 자화 상태에 변화가 없다고 판단하여, 상기 수평자기장과 상기 박막 평면이 정렬된 것으로 판단할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 각도조절장치는 상기 제어장치의 제어에 기초하여 상기 박막 평면의 위치를 조절할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 각도조절장치는 상기 제어장치의 제어에 기초하여 상기 수평자기장 발생장치가 방사하는 상기 수평자기장의 방사 각도를 조절하거나 또는 상기 수평자기장 발생장치의 위치를 조절할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 각도조절장치는 추가적으로 상기 제어장치의 제어에 기초하여 상기 수직자기장 발생장치가 방사하는 상기 수직자기장의 방사 각도를 조절할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 박막의 일부는 박막 평면에 수직한 상방향으로 자화되고, 박막의 또 다른 일부는 상기 박막 평면에 수직한 하방향으로 자화된 자성박막에 버블 스커미온(bubble skyrmion)을 생성하는 스커미온 형성 장치의 스커미온 형성 방법은 상기 자성박막에 인가될 수평자기장과 상기 박막 평면을 정렬하는 동작 및 상기 수평자기장 및 수직자기장을 상기 자성박막에 인가하는 동작을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 자성박막에 인가될 수평자기장과 상기 박막 평면을 정렬하는 동작은 상기 자성박막의 자화 상태에 기초하여 각도조절장치를 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 이미징 장치를 통해 획득한 상기 자성박막의 자화 상태에 기초하여 각도조절장치를 제어하는 동작은 상기 수평자기장이 인가되지 않을 때에 상기 자성박막의 자화 상태를 나타내는 제1 이미지를 획득하는 동작, 상기 수평자기장이 인가된 후에 상기 자성박막의 자화 상태를 나타내는 제2 이미지를 획득하는 동작, 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 비교하여 상기 자성박막의 자화 상태에 변화가 있는 지를 판단하는 동작 및 상기 판단결과에 기초하여, 상기 각도조절장치를 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 제1 이미지 및 제2 이미지는 제1 방향으로 자화된 영역을 나타내는 제1 방향 자기도메인(magnatic domain)을 포함하고, 상기 제1 방향은 상기 상방향 또는 상기 하방향이고, 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 비교하여 상기 자성박막의 자화 상태에 변화가 있는 지를 판단하는 동작은 상기 제1 이미지의 제1방향 자기도메인의 넓이와 상기 제2 이미지의 제1방향 자기도메인의 넓이를 비교하는 동작, 넓이에 변화가 있는 경우, 상기 자성 박막의 자화 상태에 변화가 있다고 판단하는 동작 및 넓이에 변화가 없는 경우, 상기 자성 박막의 자화 상태에 변화가 없다고 판단하는 동작을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 각도조절장치를 제어하는 동작은 상기 각도조절장치가 상기 박막 평면의 위치를 조절하도록 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 각도조절장치를 제어하는 동작은 상기 각도조절장치가 수평자기장 발생장치가 방사하는 상기 수평자기장의 방사 각도를 조절하도록 제어하는 동작 또는 상기 각도조절장치가 수평자기장 발생장치의 위치를 조절하도록 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 각도조절장치를 제어하는 동작은 상기 각도조절장치가 수직자기장 발생장치의 상기 수직자기장의 방사 각도를 조절하도록 제어하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 박막의 일부는 박막 평면에 수직한 상방향으로 자화되고, 박막의 또 다른 일부는 상기 박막 평면에 수직한 하방향으로 자화된 자성박막에 버블 스커미온(bubble skyrmion)을 생성하는 스커미온 형성 장치는 상기 자성박막에 자기장을 인가하는 자기장 발생장치, 상기 자기장과 상기 박막 평면이 미리 설정된 각도를 가지도록 제어하는 각도조절장치 및 제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는 상기 각도조절장치를 제어하여 상기 자기장과 상기 박막 평면이 상기 미리 설정된 각도를 가지도록 제어하고, 상기 자기장 발생장치가 상기 자기장을 상기 자성박막으로 방사하도록 제어할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 스커미온 형성 장치는 상기 자성박막의 자화 상태를 촬상하는 이미징 장치를 더 포함하고, 상기 제어장치는 상기 이미징 장치를 통해 획득한 상기 자성박막의 자화 상태에 기초하여 상기 자성박막에 버블 스커미온이 생성되었는 지를 판단할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 각도조절장치는 상기 제어장치의 제어에 기초하여 상기 자기장 발생장치가 방사하는 상기 자기장의 방사 각도를 조절하거나 또는 상기 자기장 발생장치의 위치를 조절할 수 있다.
본 개시에서 제안하는 장치 및 방법은 박막에 형성되어 있는 스트라이프의 폭이 넓은 경우에도 용이하게 버블 스커미온을 생성하도록 할 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 자성박막의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 자성박막(30)의 자기도메인 및 자구벽의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 수직 자성박막의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 스트라이프 자화 상태에 있는 수직 자성박막의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 스커미온 자화상태의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 버블 자화 상태의 예를 도시한 도면이다.
도 7은 스트라이프 도메인에서 버블 도메인으로 변환하는 예를 도시한 도면이다.
도 8은 수직 자성박막에 인가되는 수직 자기장의 영향을 도시한 도면이다.
도 9는 스트라이프 구조의 수직 자성박막에 수평 자기장이 인가된 경우의 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 수직 자성박막에 수평자기장을 인가하였을 경우의 상방향 자기도메인과 하방향 자기도메인의 폭의 예를 도시한 도면이다.
도 11은 더 넓은 스트라이프 폭을 가지는 수직 자성박막에 수평자기장을 인가하면 스트라이프 폭을 줄일 수 있음을 도시한 도면이다.
도 12는 넓은 폭의 스트라이프를 포함하는 수직 자성박막에 수평자기장과 수직자기장을 인가하여 버블 스커미온을 생성하는 예를 도시한 도면이다.
도 13은 다양한 실시 예들에 따른, 스커미온 형성 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 14는 스커미온 형성 장치(1300)에서 버블 스커미온을 형성하는 방법을 도시한 도면이다.
도 15는 스커미온 형성 장치(1300)에서 수평자기장과 수직 자성박막의 평면을 정렬시키는 동작의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 16은 다양한 다른 실시 예들에 따른, 스커미온 형성 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서, 본 발명의 이해를 제공하기 위해 특정 세부 사항이 설명될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이러한 세부 사항없이 실시될 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 또한, 통상의 기술자는 이하에서 설명되는 본 발명의 다양한 실시 예가 프로세스, 장치, 시스템 또는 컴퓨터 판독 가능 매체 상의 방법과 같은 다양한 방식으로 구현될 수 있음을 인식할 것이다.
도면에 도시된 구성 요소는 본 발명의 예시적인 실시 예를 도시하고 있을 뿐이고, 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위한 것이다. 또한, 도면 내의 구성 요소들 간의 연결은 직접 연결로 제한되지 않는다. 오히려, 이들 구성 요소들 사이의 데이터는 중간 구성 요소 또는 장치에 의해 수정, 재 포맷 또는 달리 변경될 수 있다. 또한 추가 또는 더 적은 연결이 사용될 수 있다. "연결된" 또는 "통신적으로 연결된"이라는 용어는 직접 연결, 하나 이상의 중개 장치를 통한 간접 연결 및 무선 연결을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 자성박막의 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 자성박막(10)은 자성 원자를 가지고 있는 박막이라고 할 수 있다. 여기서 자성 원자은 원자크기의 막대 자석을 의미할 수 있으며, 크기가 일정한 자화 벡터(20)로 표시될 수 있다. 이때 자화 벡터(20)는 S극에서 N극을 향하는 방향으로 표시될 수 있다.
자성박막(10)에서 자성 원자를 나타내는 자화 벡터(20)의 크기는 항상 일정하나, 자화 벡터(20)의 방향은 일정하지 않고 도 1에 도시된 것처럼 임의 방향의 자유도를 가질 수 있다. 특히 자성 박막은 2차원 평면에 자성 원자가 균일하게 박혀 있는 자성체일 수 있다.
강자성체는 인접한 자성 원자간에는 같은 방향을 향하려는 성질을 가진 자성체일 수 있다. 즉, 강자성체의 경우에는 도 1에 도시된 것처럼 각각의 자화 벡터(20)가 임의의 방향을 향하는 것이 아니라, 인접한 자화 벡터(20)는 같은 방향을 향하는 성질을 가질 수 있다.
따라서 강자성체 성질을 가지는 자성박막(30)은 자기도메인(magnetic domain) 및 자구벽(magnetic domain wall) 영역을 가질 수 있다.
도 2는 자성박막(30)의 자기도메인 및 자구벽의 예를 도시한 도면이다.
자기도메인(31, 33)은 자성 원자의 자화 방향이 일정한 영역, 즉 자화 벡터(20)의 방향이 동일한 영역을 나타내는 것으로, 자기 구역, 자구로도 불려 진다.
자구벽(35)은 자기도메인(31, 33)의 경계에서 자화 방향이 점진적으로 변화하는 영역을 나타낸다. 즉, 자기도메인(31)에서의 자화 방향에서 자기도메인(33)에서의 자화 방향이 변화하기 위해서는 그 사이에 있는 자화 벡터(20)의 방향이 점진적으로 변화되어야 한다. 이렇게 자화 벡터(20)의 방향이 점진적으로 변화되는 영역을 자구벽(35)이라고 칭할 수 있다.
도 3은 수직 자성박막의 예를 도시한 도면이다.
수직 자성박막(40)은 자화 벡터(20)의 방향이 박막에 수직인 방향(상방향(up) 또는 하방향(down))을 선호하는 자성체일 수 있다.
도 3을 참조하면 수직 자성박막(40)의 자기도메인(41)은 자화 벡터(20)의 방향이 상방향인 영역이고, 자기도메인(43)은 자화 벡터(20)의 방향이 하방향인 영역일 수 있다. 따라서 자기도메인(41)의 윗면에서 보면 N극만 보이고, 아랫면에서 보면 S극만 보일 수 있다. 자기도메인(43)의 경우에는 윗면에서 보면 S극만 보이고, 아랫면에서 보면 N극만 보일 수 있다. 도 3에서 아래에 조금은 흐리게 보이는 수직 자성박막(45)은 수직 자성박막(40)의 아랫면을 거울에 비친 모습을 나타낸 것으로 자기도메인(41)의 아랫면의 S극과 자기도메인(43)의 아랫면의 N극을 도시하고 있다.
도 4는 스트라이프 자화 상태에 있는 수직 자성박막의 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 수직 자성박막(50)은 자화 방향이 상방향인 상태(51, 52, 53)와 하"?향?* 상태(54, 55)가 반복되어 잘 섞여 있는 자화상태를 스트라이프 자화 상태에 있다고 할 수 있다. 외부 자기장이 0인 경우에 상방향 자화 상태와 하방향 자화 상태는 반반씩 존재하는 것이 안정적일 수 있다. 그리고 스트라이프 폭(57)은 연속하여 있는 하나의 상방향 자화 상태 영역의 폭과 하나의 하방향 자화 상태 영역 폭의 합으로 결정될 수 있는데, 안정적인 스트라이프 폭(57)은 구성하는 물질 파라미터에 기초하여 결정될 수 있다.
도 5는 스커미온 자화상태의 예를 도시한 도면이다.
수직 자성박막에서 스커미온은 대부분 동그란 모양의 영역으로 존재할 수 있다.
도 5의 (a)는 상방향 자화된 적어도 1개의 자성원자로 구성되는 스커미온 영역(510)과 주변의 하방향 자화된 자성 원자들의 영역(513)을 도시한 것이고, (b)는 하방향 자화된 적어도 1개의 자성원자로 구성되는 스커미온 영역(511)과 주변의 상방향 자화된 자성 원자들의 영역(515)을 도시한 것이다. 도 5의 (a)의 경우에는, 스커미온 영역(510)은 윗면이 N극이 되고 주변의 자성원자들의 영역(513)은 윗면이 S극이 된다. 도 5의 (b)의 경우에는, 스커미온 영역(511)은 윗면이 S극이 되고 주변의 자성원자들의 영역(515)은 윗면이 N극이 된다.
수직 자성박막이 스커미온 상태를 포함하는 경우, 스커미온 영역을 중심으로 회전 대칭이 되어 있다. 즉, 스커미온 영역과 주변의 자성 원자들의 영역 사이의 자구벽에 있는 자성 원자들은 도 5의 (c)에 도시된 것처럼 스커미온 영역을 중심으로 회전 대칭이 된 자화 상태를 가지게 된다. 만약 도 5의 (d)에 도시된 거처럼 자화 상태가 반대인 영역을 중심으로 자구벽에 있는 자성 원자들이 회전 대칭이 아닌 경우에는 스커미온 상태가 아닐 수 있다.
도 6은 버블 자화 상태의 예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 수직 자성박막에 많은 수의 버블(bubble) 도메인(611, 613)이 형성되어 있는 상태를 버블 자화 상태라 칭할 수 있다. 버블 도메인(611)은 상방향 자화 상태이거나 또는 버블 도메인(613)은 하방향 자화 상태일 수 있다. 그리고 버블 도메인(611, 613)은 스커미온일 수 있다.
도 7은 스트라이프 도메인에서 버블 도메인으로 변환하는 예를 도시한 도면이다.
도 7의 (a)에 도시된 것처럼, 수직 자성박막은 상방향 자기도메인과 하"??* 자기도메인이 반복되는 스트라이프 형태로 있을 수 있다.
도 7의 (b)를 참조하면, 도 7의 (a) 상태에서 에너지를 인가하면 스트라이프 구조를 끊으면서 상방향 자기도메인 또는 하방향 자기도메인의 일부를 다른 자기도메인으로 변경(711)시킬 수 있다.
추가적인 에너지를 공급하면, 도 7의 (c)에 도시된 것처럼, 다른 자기도메인으로 변경되는 영역이 많이 생성되고, 그 결과로 독립된 버블 도메인(713)이 형성될 수 있다. 이때 형성되는 버블 도메인(713)은 스커미온 상태일 가능성이 크다.
도 7에 도시된 스트라이프 구조의 자기도메인에서 버블 도메인을 생성시키기 위해서는 에너지를 인가하여야 하는데, 해당 에너지는 수직 박막에 수직인 자기장일 수 있다.
도 8은 수직 자성박막에 인가되는 수직 자기장의 영향을 도시한 도면이다.
수직 자성박막에 인가되는 자기장이 없다면 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 상방향 자기도메인(811)과 하방향 자기도메인(813)이 동일한 크기를 가지는 것이 안정적일 수 있다. 그런데 상방향 자기장(821)이 인가되면, 상방향 자기도메인(811)이 더 많은 영역을 차지하는 것이 더 안정적이어서 도 8의 (b)에서처럼 상방향 자기도메인(811)의 영역이 넓어질 수 있다. 반대로 하방향 자기장(823)이 인가되면, 하방향 자기도메인(813)이 더 많은 영역을 차지하는 것이 더 안정적이어서 도 8의 (c)에서처럼 하방향 자기도메인(813)의 영역이 넓어질 수 있다.
이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같은 스트라이프 구조의 수직 자성박막에 하방향 자기장을 인가한다면, 하방향 자기도메인(721)의 영역이 넓어지면서 상방향 자기도메인(731)을 끊고 버블 도메인(713)을 생성시킬 수 있다.
종래에는 도 7에 도시된 바와 같이 수직 자기장을 인가하여 스트라이프 구조를 끊고 버블 도메인을 생성하는 방법을 사용하였다. 도 7에 도시된 것과 같이 스트라이프 구조를 끊고 버블 도메인을 생성하기 위해서는 일정 부피(변경되는 면적 X 수직 자성박막의 두께)의 자화 방향을 반대로 뒤집는 에너지가 제공되어야 한다. 통상적으로, 열적 요동(thermal fluctuation, thermal energy)으로 인하여 자화 상태가 뒤집어질 수 있다. 자화 상태를 뒤집을 수 있을 만큼의 충분한 에너지가 제공되지 않는 경우에는 버블 도메인의 생성이 제대로 될 수 없을 것이다.
한편 스트라이프 구조의 수직 자성박막에서 스트라이프의 폭은 물질 파라미터로 결정되는 값인데, 이 폭이 넓은 경우에는 자화 방향을 반대로 뒤집어야 하는 면적이 넓어져 더 많은 에너지가 필요하고, 이 폭이 좁은 경우에는 자화 방향을 반대로 뒤집어야 하는 면적이 좁아져 더 작은 에너지만 인가하여도 충분히 버블 도메인을 생성할 수 있다. 따라서, 수직 자기장만을 인가하여 버블 도메인을 생성하고자 하는 경우에는 스트라이프 폭이 충분히 얇은 자성박막에만 적용 가능할 수 있다.
스트라이프 폭이 넓은 자성박막의 경우에는 수직 자기장만을 인가하여 버블 도메인을 생성하지 못하거나 극히 일부만 생성될 가능성이 있다. 아니면 아주 높은 자기장을 인가하여야 할 필요가 있다.
이러한 문제를 해소하기 위하여 본원 발명은 넓은 스트라이프 폭을 가지는 수직 자성박막에서도 버블 도메인 형상의 스커미온을 형성할 수 있는 스커미온 형성 장치 및 방법을 제안한다. 특히, 본 발명에서는 스트라이프 폭을 줄일 수 있는 자성 박막의 방향과 평행하게 인가되는 수평 자기장의 사용을 제안한다.
도 9는 스트라이프 구조의 수직 자성박막에 수평 자기장이 인가된 경우의 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 상방향 자기도메인(911, 913, 915)과 하방향 자기도메인(921, 923, 925)이 번갈아가면 존재하는 스트라이프 구조의 수직 자기박막에서 상방향 자기도메인(911, 913, 915)과 하방향 자기도메인(921, 923, 925) 각각의 사이에는 자구벽이 존재할 수 있다. 자구벽이 존재하는 부분(A-A')을 확대하면 도 9의 (b)와 같이 상방향 자기도메인(915)에서 하방향 자기도메인(925)으로 이동해가면서 자성원자의 자화 방향이 조금씩 변경됨을 알 수 있다. 그리고 자구벽 내에 존재하는 자화 방향 중의 하나는 수평 방향일 수 있다. 이와 같은 상황에서 수평자기장을 인가하면, 자화 방향이 수평 방향으로 되는 것이 더욱 안정적일 수 있고, 그에 따라 수평 자화 방향을 포함하는 자구벽의 상태가 수직 자화 방향을 가기는 상방향 자기도메인 또는 하방향 자기도메인의 상태보다 더 안정적인 상태일 수 있다. 그 결과로 자구벽이 수평자기장을 인가하였을 때보다 더 많이 존재할 수 있다. 다시 말하면, 수평자기장은 자구벽의 에너지를 더 낮추어 더 안정적으로 만들고, 그 결과로 자구벽들이 더 많이 존재하는 상태를 선호하게 된다. 따라서 자구벽들이 더 많이 존재하게 됨에 따라, 스트라이프 구조의 수직 자성박막의 스트라이프 폭은 줄어들 수밖에 없다.
도 10은 수직 자성박막에 수평자기장을 인가하였을 경우의 상방향 자기도메인과 하방향 자기도메인의 폭의 예를 도시한 도면이다.
도 10은 수직 자성박막에 수평자기장을 인가하면서 광자기 현미경으로 관찰한 결과를 도시한 것으로, 검은색 영역(1010)은 하방향 자기도메인을 나타내고 흰색 영역(1020)은 상방향 자기도메인을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 인가되는 수평자기장의 세기가 증가할수록 형성되는 스트라이프 폭이 줄어드는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 수평자기장을 인가하지 않는 경우에는 스트라이프 폭이 18um 정도인데 반하여, 850 Oe를 인가하면, 스트라이프 폭이 1.5um 정도로 줄어드는 것을 알 수 있다. 여기서 Oe는 에르스텟이라고 칭해지면 자계강도(H)의 CGS 단위이다. CGS 단위는 cm, g, 초를 기본 단위로 하는 단위계이다.
도 11은 더 넓은 스트라이프 폭을 가지는 수직 자성박막에 수평자기장을 인가하면 스트라이프 폭을 줄일 수 있음을 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면 최초에 50um 이상의 스트라이프 폭을 가지는 수직 자성박막에 0.9kOe, 1.4kOe, 1.6kOe, 2.0kOe의 수평자기장을 인가함에 따라, 자구벽이 더 많이 존재하게 되면서 스트라이프 폭을 줄이는 것을 알 수 있다.
도 12는 넓은 폭의 스트라이프를 포함하는 수직 자성박막에 수평자기장과 수직자기장을 인가하여 버블 스커미온을 생성하는 예를 도시한 도면이다.
도 12의 (a)를 참조하면 수직 자성박막은 넓은 폭의 스트라이프를 포함하고 있을 수 있다. 도 12의 (a)에 도시된 수직 자성박막에 수평자기장과 수직자기장을 일정 시간 인가한 뒤 끄면 도 12의 (b)와 같이 버블 스커미온이 형성된 채로 존재하는 수직 자성박막을 획득할 수 있다. 이때, 인가되는 수평자기장의 세기는 2.4 kOe이고 수직자기장의 세기는 3.5 Oe일 수 있다. 이에 따르면 수평자기장의 세기가 수직자기장의 세기보다 1000배 가까이 클 수 있다.
상술한 바와 같이 수평자기장을 인가한다면 더욱 용이하게 수직 자성박막에서 버블 스커미온을 생성할 수 있다.
도 13은 다양한 실시 예들에 따른, 스커미온 형성 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 스커미온 형성 장치(1300)는 수평자기장 발생장치(1310), 수직자기장 발생장치(1320), 각도조절장치(1330), 이미징 장치(1340) 및 제어장치(1350)를 포함할 수 있다.
수평자기장 발생장치(1310)는 수직 자성박막의 평면과 평행한 방향의 수평자기장을 발생시킬 수 있다. 수평자기장은 수직 자성박막에 형성되어 있는 스트라이프 구조의 자기도메인의 폭을 작게할 수 있다.
수직자기장 발생장치(1320)는 수직 자성박막의 평면과 수직인 방향의 수직자기장을 발생시킬 수 있다. 수직자기장은 열적요동을 수직 자성박막에 인가하여 제1방향(예: 상방향) 자기도메인의 일부를 제2방향(예: 하방향) 자기도메인으로 뒤집을 수 있다.
다시 말하면, 수평자기장 발생장치(1310)는 스트라이프 폭을 줄여주어 수직자기장 발생장치(1320)의 자기도메인의 자화 방향 변경을 용이하게 하도록 할 수 있다.
각도조절장치(1330)는 수평자기장과 수직 자성박막의 평면이 동일한 각도가 되도록 조절할 수 있다. 도 12의 결과를 참조하면, 원하는 버블 스커미온을 형성하기 위해서는 수평방향 자기장의 세기가 수직방향 자기장의 세기보다 약 1000배정도 커야 됨을 알 수 있고, 이에 따라, 수평방향 자기장과 수직 자성박막의 평면의 각도가 1도만 틀어져도 42 Oe의 수직자기장이 추가로 발생된다. 이 42 Oe의 크기는 원래 필요했던 3.5 Oe의 수직자기장보다 10배이상 큰 값으로 이 값이 인가되면 버블 스커미온을 만들기 힘들 수 있다. 따라서, 각도조절장치(1330)는 정밀한 각도 조절이 필요하며, 일 실시 예에 따라, 0.01도 이하의 각도 조절이 가능하여야 할 수 있다.
수직 자성박막에 버블 스커미온을 생성하기 위하여 본 발명에서 제안하는 장치에 수직 자성박막을 로딩할 때마다 각도의 틀어짐이 발생할 수 있으므로, 수직 자성박막을 로딩할 때마다 정확한 각도 정렬이 필요할 수 있다.
이미징 장치(1340)는 수평자기장의 정렬상태를 확인하기 위하여 그리고/또는 수직 자성박막에 버블 스커미온이 형성되었는 지를 확인하기 위하여 수직 자성박막의 자화 상태를 측정하는 장치일 수 있다.
일 실시 예에 따른 수평자기장의 정렬은 수직 자성박막에 존재하는 상방향 자기도메인과 하방향 자기도메인이 차지하는 넓이에 기초하여 수행할 수 있다. 수평자기장의 수직 자성박막 평면에 대해 정렬이 되어 있지 않으면, 수직 자성박막에 일부의 수직자기장이 인가될 수 있고, 그에 따라 상방향 자기도메인과 하방향 자기도메인이 차지하는 넓이에 변화가 생길 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 수직 자성박막에 존재하는 자성원자는 인가되는 수직자기장의 방향과 일치할 때 더 높은 안정성을 가지기 때문에 수평자기장이 수직 자성박막과 정렬이 되지 아니하여 수직자기장이 존재하는 경우, 상방향 자기도메인 또는 하방향 자기도메인 중의 하나가 차지하는 영역을 넓히는 작용을 한다. 따라서, 이미징 장치(1340)는 수직 자성박막 표면의 자화 상태를 이미지로 캡쳐(capture)하여 제어장치(1350)로 보낼 수 있고, 제어장치(1350)는 수직 자성박막 표면의 자화 상태의 변화를 측정하여 정렬 여부를 판단할 수 있다.
제어장치(1350)는 상술한 바와 같이 수평자기장 발생장치(1310)과 수직 자성박막 평면의 정렬을 맞추기 위하여 각도조절장치(1330)를 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이 제어장치(1350)는 0.01도 이하의 아주 정밀한 제어를 할 수 있어야 한다.
제어장치(1350)는 이미징 장치(1340)로부터 획득한 수직 자성박막의 자화 상태의 변화를 기초로 수평자기장과 수직 자성박막 평면의 정렬을 판단할 수 있다. 그리고 제어장치(1350)는 판단 결과에 기초하여 각도조절장치(1330)를 제어하여 수평자기장과 수직 자성박막 평면이 정렬되도록 제어할 수 있다. 이때 각도조절장치(1330)는 수직 자성박막을 지지하여 수직 자성박막의 각도 또는 위치를 조절하여 정렬을 맞출 수 있다. 다른 일 실시 예에 따라, 각도조절장치(1330)는 수평자기장 발생장치(1310)에 위치할 수 있으며, 수평자기장이 수직 자성박막의 평면과 정렬될 수 있도록 수평자기장 발생장치(1310)가 방사하는 수평자기장의 방사 각도를 조절하거나 또는 수평자기장 발생장치(1310)의 위치를 조절할 수 있다. 추가적으로 각도조절장치(1330)는 수직자기장 발생장치(1320)에 위치할 수 있으며, 수직자기장이 수직 자성박막의 평면과 수직을 이루도록 각도를 조절할 수 있다.
도 14는 스커미온 형성 장치(1300)에서 버블 스커미온을 형성하는 방법을 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 스커미온 형성 장치(1300)는 동작 S100에서 수평자기장과 수직 자성박막의 평면을 정렬시킬 수 있다. 상술한 바와 같이 수평자기장과 수직 자성박막의 평면이 정렬되지 않으면 수평자기장의 일부가 수직자기장으로 작용하게 되고 그 결과로 버블 스커미온이 형성되지 않을 수 있다.
동작 S200에서, 스커미온 형성 장치(1300)는 수직 자성박막에 수평자기장 및 수직자기장을 인가하여 버블 스커미온을 생성할 수 있다. 이때, 수평자기장은 스트라이프의 폭을 줄여지는 역할을 하면, 수직자기장은 제1 방향의 자화 상태에서 제2 방향의 자화 상태로 뒤집는 역할을 수행할 수 있다. 일실시 예에 따라 상방향 수직자기장이 인가되면 하방향으로 자화된 영역의 일부를 상방향으로 뒤집을 수 있고, 하방향 수직자기장이 인가되면 상방향으로 자화된 영역의 일부를 하방향으로 뒤집을 수 있다.
추가적으로 동작 S100과 동작 S200 사이에서 수직자기장이 수직 자성박멱의 평면과 수직이 되도록 각도를 조절하는 동작이 수행될 수도 있다.
도 15는 스커미온 형성 장치(1300)에서 수평자기장과 수직 자성박막의 평면을 정렬시키는 동작의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 15의 일 실시 예는 도 14의 동작 S100의 일 실시 예로 볼 수 있다.
도 15를 참조하면, 동작 S110에서, 스커미온 형성 장치(1300)는 수평자기장 인가없이 수직 자성박막의 자화상태에 대한 제1 이미지를 획득할 수 있다.
동작 S120에서, 스커미온 형성 장치(1300)는 수평자기장 인가 후 수직 자성박막의 자화상태에 대한 제2 이미지를 획득할 수 있다.
동작 S130에서, 스커미온 형성 장치(1300)는 제1 이미지와 제2 이미지의 차이에 기초하여 수평자기장과 수직 자성박막 평면간의 각도를 조절하여 수평자기장과 수직 자성박막의 평면을 정렬시킬 수 있다. 일 실시 예에 따라, 스커미온 형성 장치(1300)는 제1 이미지와 제2 이미지에 있는 제1 방향(예: 상방향) 자기도메인의 넓이를 비교할 수 있다. 제1 이미지의 제1 방향 자기도메인의 넓이보다 제2 이미지의 제1 방향 자기도메인의 넓이가 넓다면 제1 방향으로 각도가 틀어져 있다고 판단하고, 제2 방향(예: 하방향)으로 각도를 조절하여 수평자기장과 수직 자성박막 평면의 각도를 정렬할 수 있다. 이때 일 실시 예에 따라, 조절하는 각도의 정도는 제1 이미지와 제2 이미지 간의 제1 방향 자기도메인의 넓이의 비에 비례하여 정할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 각도조절장치(1330)가 수평자기장 발생장치(1310)의 각도를 조절하는 경우, 각도조절장치(1330)는 수평자기장 발생장치(1310)의 방사방향을 제2 방향으로 결정된 각도만큼 이동시킬 수 있다. 다른 일 실시 예에 따라, 각도조절장치(1330)가 수직 자성박막의 평면의 각도를 조절하는 경우, 각도조절장치(1330)는 수직 자성박막의 평면을 제1 방향으로 결정된 각도만큼 이동시킬 수 있다.
일 실시 예에 따라, 동작 S110 내지 S120은 복수 회 반복하여 정렬의 정밀도를 높일 수 있다.
상술한 예들은 수평자기장 발생장치(1310)와 수직자기장 발생장치(1320)가 별도로 있는 버블 스커미온 형성 장치에 대하여 설명하였고, 이하에서는 하나의 자기장 발생장치가 있는 경우에 동일한 효과를 제공할 수 있는 버블 스커미온 형성 장치에 대하여 설명한다.
도 16은 다양한 다른 실시 예들에 따른, 스커미온 형성 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 16을 참조하면, 스커미온 형성 장치(1600)는 자기장 발생장치(1610), 각도조절장치(1630), 이미징 장치(1640) 및 제어장치(1650)를 포함할 수 있다.
자기장 발생장치(1610)는 수직 자성박막으로 방사되는 자기장을 생성할 수 있다. 자기장 발생장치(1610)는 수직 자성박막에 자기장이 일정한 각도로 입사되도록 자기장을 생성할 수 있다. 이렇게 수직 자성박막의 평면에 일정한 각도로 자기장이 입사되면 자기장은 수직 자성박막의 평면과 평행한 수평자기장과 수직 자상박막의 평면에 수직인 수직자기장 성분으로 분할될 수 있다. 이때, 수평자기장은 수직 자성박막에 형성되어 있는 스트라이프 구조의 자기도메인의 폭을 작게할 수 있다. 수직자기장은 열적요동을 수직 자성박막에 인가하여 제1방향(예: 상방향) 자기도메인의 일부를 제2방향(예: 하방향) 자기도메인으로 뒤집을 수 있다. 다시 말하면, 수평자기장은 스트라이프 폭을 줄여주어 수직자기장의 자기도메인의 자화 방향 변경을 용이하게 하도록 할 수 있다.
각도조절장치(1630)는 자기장 발생장치(1610)가 방사하는 자기장과 수직 자성박막의 평면이 미리 설정된 일정한 각도가 되도록 수직 자성박막의 위치나 자기장 발생장치의 위치를 조절할 수 있다. 도 12의 결과를 참조하면, 원하는 버블 스커미온을 형성하기 위해서는 수평방향 자기장의 세기가 수직방향 자기장의 세기보다 약 1000배정도 커야 됨을 알 수 있다. 그리고 일 실시 예에 따라, 도 12의 결과와 같은 수평자기장 세기와 수직자기장 세기를 가지기 위해서는 자기장과 수직 자성박막의 평면이 약 0.0835도의 각도를 이루어야 한다. 따라서, 각도조절장치(1330)는 정밀한 각도 조절을 수행하여 자기장 발생장치(1610)가 방사하는 자기장과 수직 자성박막의 평면 사이의 각도가 0.0835도가 되도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 각도조절장치(1630)는 수직 자성박막의 위치를 변경하여 자기장과 수직 자성박막의 평면이 미리 설정된 각도를 가지도록 조절할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따라, 각도조절장치91630)는 자기장 발생장치(1610)의 위치를 변경하거나 또는 자기장 발생장치(1610)가 방사하는 자기장의 방사 각도를 변경하여 자기장과 수직 자성박막의 평면이 미리 설정된 각도를 가지도록 조절할 수 있다.
이미징 장치(1640)는 수직 자성박막에 버블 스커미온이 형성되었는 지를 확인하기 위하여 수직 자성박막의 자화 상태를 측정하는 장치일 수 있으며, 본 발명에서 제안하는 스커미온 형성 장치에서는 부가적으로 존재할 수 있다.
제어장치(1650)는 자기장과 수직 자성박막 평면이 미리 설정된 각도를 이루도록 각도조절장치(1630)를 제어할 수 있다. 제어장치(1650)는 0.01도 이하의 아주 정밀한 제어를 할 수 있어야 한다.
상술한 바와 같이 본원 발명은 수평자기장과 수직자기장을 인가함으로써 수직 자성박막에 형성되어 있는 스트라이프의 폭에 상관없이 버블 스커미온을 형성할 수 있도록 할 수 있다.

Claims (18)

  1. 박막 평면에 수직한 상방향으로 자화된 제1 자기도메인(magnetic domain), 상기 박막 평면에 수직한 하방향으로 자화된 제2 자기도메인 및 상기 제1 자기도메인과 상기 제2 자기도메인의 경계에서 자화 방향이 점진적으로 변화하는 자구벽을 포함하는 자성박막에 버블 스커미온(bubble skyrmion)을 생성하는 스커미온 형성 장치에 있어서,
    상기 박막 평면에 수평한 수평자기장을 생성하여 상기 자성박막에 인가하는 수평자기장 발생장치;
    상기 박막 평면에 수직한 수직자기장을 발생하여 상기 자성박막에 인가하는 수직자기장 발생장치;
    상기 수평자기장과 상기 박막 평면이 정렬되도록 각도를 제어하는 각도조절장치; 및
    제어장치를 포함하고,
    상기 제어장치는,
    상기 각도조절장치를 제어하여 상기 수평자기장과 상기 박막 평면이 정렬되도록 하고,
    상기 수평자기장 발생장치와 상기 수직 자기장 발생장치를 제어하여 상기 수평자기장 및 상기 수직자기장이 상기 자성박막에 인가되도록 하는, 스커미온 형성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자성박막의 자화 상태를 촬상하는 이미징 장치를 더 포함하고,
    상기 제어장치는 상기 이미징 장치를 통해 획득한 상기 자성박막의 자화 상태에 기초하여 상기 각도조절장치를 제어하는, 스커미온 형성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어장치는,
    상기 수평자기장이 인가되지 않을 때에 상기 자성박막의 자화 상태를 나타내는 제1 이미지를 상기 이미징 장치로부터 획득하고,
    상기 수평자기장이 인가된 후에 상기 자성박막의 자화 상태를 나타내는 제2 이미지를 상기 이미징 장치로부터 획득하고,
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 비교하여 상기 자성박막의 자화 상태에 변화가 있는 지를 판단하고,
    상기 자성박막의 자화 상태에 변화가 있다고 판단한 경우, 상기 각도조절장치를 제어하는, 스커미온 형성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 이미지 및 제2 이미지는 제1 방향으로 자화된 영역을 나타내는 제1 방향 자기도메인(magnatic domain)을 포함하고,
    상기 제1 방향은 상기 상방향 또는 하방향이고,
    상기 제어장치는,
    상기 제1 이미지의 제1방향 자기도메인의 넓이와 상기 제2 이미지의 제1방향 자기도메인의 넓이를 비교하여,
    넓이에 변화가 있는 경우, 상기 자성박막의 자화 상태에 변화가 있다고 판단하고,
    넓이에 변화가 없는 경우, 상기 자성박막의 자화 상태에 변화가 없다고 판단하여, 상기 수평자기장과 상기 박막 평면이 정렬된 것으로 판단하는, 스커미온 형성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각도조절장치는 상기 제어장치의 제어에 기초하여 상기 박막 평면의 위치를 조절하는, 스커미온 형성 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 각도조절장치는 상기 제어장치의 제어에 기초하여 상기 수평자기장 발생장치가 방사하는 상기 수평자기장의 방사 각도를 조절하거나 또는 상기 수평자기장 발생장치의 위치를 조절하는, 스커미온 형성 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 각도조절장치는 추가적으로 상기 제어장치의 제어에 기초하여 상기 수직자기장 발생장치가 방사하는 상기 수직자기장의 방사 각도를 조절하는, 스커미온 형성 장치.
  8. 박막 평면에 수직한 상방향으로 자화된 제1 자기도메인(magnetic domain), 상기 박막 평면에 수직한 하방향으로 자화된 제2 자기도메인 및 상기 제1 자기도메인과 상기 제2 자기도메인의 경계에서 자화 방향이 점진적으로 변화하는 자구벽을 포함하는 자성박막에 버블 스커미온(bubble skyrmion)을 생성하는 스커미온 형성 장치의 스커미온 형성 방법에 있어서,
    상기 자성박막에 인가될 수평자기장과 상기 박막 평면을 정렬하는 동작; 및
    상기 수평자기장 및 수직자기장을 상기 자성박막에 인가하는 동작을 포함하고,
    상기 자성박막에 인가될 수평자기장과 상기 박막 평면을 정렬하는 동작은,
    상기 자성박막의 자화 상태에 기초하여 각도조절장치를 제어하는 동작을 포함하는, 스커미온 형성 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 자성박막의 자화 상태에 기초하여 각도조절장치를 제어하는 동작은,
    상기 수평자기장이 인가되지 않을 때에 상기 자성박막의 자화 상태를 나타내는 제1 이미지를 획득하는 동작;
    상기 수평자기장이 인가된 후에 상기 자성박막의 자화 상태를 나타내는 제2 이미지를 획득하는 동작;
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 비교하여 상기 자성박막의 자화 상태에 변화가 있는 지를 판단하는 동작; 및
    상기 자성박막의 자화 상태에 변화가 있다고 판단한 경우, 상기 각도조절장치를 제어하는 동작을 포함하는, 스커미온 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 이미지 및 제2 이미지는 제1 방향으로 자화된 영역을 나타내는 제1 방향 자기도메인(magnatic domain)을 포함하고,
    상기 제1 방향은 상기 상방향 또는 하방향이고,
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 비교하여 상기 자성박막의 자화 상태에 변화가 있는 지를 판단하는 동작은,
    상기 제1 이미지의 제1방향 자기도메인의 넓이와 상기 제2 이미지의 제1방향 자기도메인의 넓이를 비교하는 동작;
    넓이에 변화가 있는 경우, 상기 자성 박막의 자화 상태에 변화가 있다고 판단하는 동작; 및
    넓이에 변화가 없는 경우, 상기 자성 박막의 자화 상태에 변화가 없다고 판단하는 동작을 포함하는, 스커미온 형성 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 각도조절장치를 제어하는 동작은,
    상기 각도조절장치가 상기 박막 평면의 위치를 조절하도록 제어하는 동작을 포함하는, 스커미온 형성 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 각도조절장치를 제어하는 동작은,
    상기 각도조절장치가 수평자기장 발생장치가 방사하는 상기 수평자기장의 방사 각도를 조절하도록 제어하는 동작, 또는
    상기 각도조절장치가 수평자기장 발생장치의 위치를 조절하도록 제어하는 동작을 포함하는, 스커미온 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 각도조절장치를 제어하는 동작은,
    상기 각도조절장치가 수직자기장 발생장치의 상기 수직자기장의 방사 각도를 조절하도록 제어하는 동작을 더 포함하는, 스커미온 형성 방법.
  15. 박막 평면에 수직한 상방향으로 자화된 제1 자기도메인(magnetic domain), 상기 박막 평면에 수직한 하방향으로 자화된 제2 자기도메인 및 상기 제1 자기도메인과 상기 제2 자기도메인의 경계에서 자화 방향이 점진적으로 변화하는 자구벽을 포함하는 자성박막에 버블 스커미온(bubble skyrmion)을 생성하는 스커미온 형성 장치에 있어서,
    상기 자성박막에 자기장을 인가하는 자기장 발생장치;
    상기 자기장과 상기 박막 평면이 미리 설정된 각도를 가지도록 제어하는 각도조절장치; 및
    제어장치를 포함하고,
    상기 제어장치는,
    상기 각도조절장치를 제어하여 상기 자기장과 상기 박막 평면이 상기 미리 설정된 각도를 가지도록 제어하고,
    상기 자기장 발생장치가 상기 자기장을 상기 자성박막으로 방사하도록 제어하는, 스커미온 형성 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 자성박막의 자화 상태를 촬상하는 이미징 장치를 더 포함하고,
    상기 제어장치는 상기 이미징 장치를 통해 획득한 상기 자성박막의 자화 상태에 기초하여 상기 자성박막에 버블 스커미온이 생성되었는 지를 판단하는, 스커미온 형성 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 각도조절장치는 상기 제어장치의 제어에 기초하여 상기 박막 평면의 위치를 조절하는, 스커미온 형성 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 각도조절장치는 상기 제어장치의 제어에 기초하여 상기 자기장 발생장치가 방사하는 상기 자기장의 방사 각도를 조절하거나 또는 상기 자기장 발생장치의 위치를 조절하는, 스커미온 형성 장치.
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