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      • KCI등재

        조절 가능한 층간교환상호작용에 관한 연구

        하승석,유천열,Ha,,Seung-Seok,You,,Chun-Yeol 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.2

        강자성체/비자성 금속/강자성체/반도체 구조에서 층간교환강호작용(interlayer exchange coupling) 에너지가 외부 인가전압으로 제어 가능함을 이론적으로 보였다. 비자성 금속층으로 격리된 두 강자성층 사이의 층간교환상호작용 에너지는 강자성체/비자성 금속 계면에서 전자의 스핀에 의존하는 반사율의 차이에 의해 결정된다는 것은 잘 알려진 사실인데, 이를 각자성체/비자성 금속/강자성체/반도체 구조에 적용하여 층간교환상호작용 에너지가 강자성체/비자성 금속/강자성체 계면에서 전자의 반사율뿐 아니라 강자성체/반도체 계면에서의 반사율에도 의존한다는 것을 보였다 강자성체/반도체 계면에 생기는 Schottky 장벽의 높이와 두께는 인가전압으로 바꿀 수 있고, 그에 따른 전자의 반사율이 인가전압에 의해 바뀔 수 있음을 알 수 있었다. 결과적으로 일차원 자유전자 모델을 사용하여 외부 인가 전압으로써 두 강자성체 사이의 층간 교환 상호작용 에너지를 제어할 수 있다는 것을 확인하였다. We theoretically demonstrate that the interlayer exchange coupling (IEC) energy can be manipulated by means of an external bias voltage in a $F_1/NM/F_2/S$$(F_1:ferromagnetic,\;NM:nonmagnetic\;metallic,\;F_2:ferromagnetic,\;S:semiconductor\;layers)$ four-layer system. It is well known that the IEC energy between two ferromagnetic layers separated by nanometer thick nonmagnetic layer depends on the spin-dependence of reflectivity to the $F_1/NM/F_2/S$ four-layer system, where the reflectivities at the interface in $NM/F_2$ interface also depends on $F_2/S$ interface due to the multiple reflection of an electron-like optics. Finally, the IEC energy depends on the spin-dependent electron reflectivity not only at the interfaces of $F_1/NM/F_2$, but also at the interface of $F_2/S$. Naturally the Schottky barrier is formed at the interface between metallic ferromagnetic layer and semiconductor, the Schottky barrier height and thickness can be tailored by an external bias voltage, which causes the change of the spin-dependent reflectivity at $F_2/S$ interface. We show that the IEC energy between two ferromagnetic layers can be controlled by an external bias voltage due ti the electron-optics nature using a simple free-electron-like one-dimensional model.

      • KCI등재

        조절 가능한 층간교환상호작용에 관한 연구

        하승석(Seung-Seok Ha), 유천열(Chun-Yeol You) 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.2

        강자성체/비자성 금속/강자성체/반도체 구조에서 층간교환상호작용(interlayer exchange coupling) 에너지가 외부 인가전압으로 제어 가능함을 이론적으로 보였다. 비자성 금속층으로 격리된 두 강자성층 사이의 층간교환상호작용 에너지는 강자성체/비자성 금속 계면에서 전자의 스핀에 의존하는 반사율의 차이에 의해 결정된다는 것은 잘 알려진 사실인데, 이를 강자성체/비자성 금속/강자성체/반도체 구조에 적용하여 층간교환상호작용 에너지가 강자성체/비자성 금속/강자성체 계면에서 전자의 반사율뿐 아니라 강자성체/반도체 계면에서의 반사율에도 의존한다는 것을 보였다. 강자성체/반도체 계면에 생기는 Schottky 장벽의 높이와 두께는 인가전압으로 바꿀 수 있고, 그에 따른 전자의 반사율이 인가전압에 의해 바뀔 수 있음을 알 수 있었다. 결과적으로 일차원 자유전자 모델을 사용하여 외부 인가 전압으로써 두 강자성체 사이의 층간 교환 상호작용 에너지를 제어할 수 있다는 것을 확인하였다. We theoretically demonstrate that the interlayer exchange coupling (IEC) energy can be manipulated by means of an external bias voltage in a F₁/NM/F₂/S (F₁: ferromagnetic, NM: nonmagnetic metallic, F₂: ferromagnetic, S: semiconductor layers) four-layer system. It is well known that the IEC energy between two ferromagnetic layers separated by nanometer thick nonmagnetic layer depends on the spin-dependence of reflectivity to the F₁/NM/F₂/S four-layer system, where the reflectivities at the interface in NM/F₂ interface also depends on F₂/S interface due to the multiple reflection of an electron-like optics. Finally, the IEC energy depends on the spindependent electron reflectivity not only at the interfaces of F₁/NM/F₂, but also at the interface of F₂/S. Naturally the Schottky barrier is formed at the interface between metallic ferromagnetic layer and semiconductor, the Schottky barrier height and thickness can be tailored by an external bias voltage, which causes the change of the spin-dependent reflectivity at F₂/S interface. We show that the IEC energy between two ferromagnetic layers can be controlled by an external bias voltage due ti the electron-optics nature using a simple free-electron-like one-dimensional model.

      • KCI등재

        Brillouin Light Scattering을 이용한 GaAs/Fe/Au 구조의 자기이방성

        하승석(Seung-Seok Ha), 유천열(Chun-Yeol You), 이석목(Sukmock Lee), Kenta Ohta Takayuk Nozaki Yoshishige Suzuki W. Van Roy) 한국자기학회 2008 韓國磁氣學會誌 Vol.18 No.4

        GaAs 기판위에 Fe을 성장시킨 이종 접합 구조는 두 물질의 lattice mismatch가 1.4 % 정도로 작기 때문에 결정 상태가 매우 좋은 Fe층을 성장시킬 수 있는 것으로 알려져있다. GaAs/Fe의 계면에서는 많은 흥미로운 현상이 관찰되며, 또한 스핀주입을 이용한 산업적 응용 면으로 가치가 있는 구조로서 활발한 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 GaAs (100) 표면에 Fe층을 쐐기 모양으로 두께를 0~3.4 ㎚로 바꾸어 성장시키고 5 ㎚ 두께의 Au층을 추가 증착시킨 시료를 Brillouin light scattering(BLS) 측정방법을 이용, 자기이방성에 대해 조사하였다. Fe층 두께를 변화시켜가며 자화 용이축과 곤란축 방향으로 외부자기장의 세기에 대한 스핀파 들뜸의 의존도와 외부자기장의 방위각에 대한 스핀파 들뜸의 의존도를 조사하였다. 측정된 결과의 정량적 분석을 통해 Fe층의 두께에 따라 일축 자기이방성 상수와 이축 자기이방성 상수를 구하였다. GaAs층 위에서 성장된 Fe층의 자기이방성은 GaAs 기판에 영향을 받아 Fe층의 두께가 얇을수록 큰 일축 자기이방성을 가지고 박막의 두께가 증가함에 따라서 Fe 본래의 이축 이방성의 크기가 증가함을 확인하였다. It has been well-known that the Fe/GaAs heterostructure has a small lattice mismatch of 1.4 % between Fe and GaAs, and the Fe layer is grown epitaxially on the the GaAs substrate. There are rich physics are observed in the GaAs/Fe interface, and the spininjection is actively studied due to its potential applications for spintronics devices. We fabricated Fe wedge layer in the thickness range 0~3.4 ㎚ on the GaAs (100) surface with 5-㎚ thick Au capping layer. The magnetic anisotropy of the Fe/GaAs system was investigated by employing Brillouin light scattering (BLS) measurements in this study. The spin wave excitation of Fe layer was studied as the function of intensity and the in-plane angle of external magnetic field, and thickness of Fe layer. Also these various dependences were analyzed with analytic expression of spin wave surface mode in order to determine the magnetic anisotropies. It has been found that the GaAs/Fe/Au system has additional uniaxial magnetic anisotropy, while the bulk Fe has biaxial anisotropy. The uniaxial anisotropy shows increasing dependency respected to decreasing thickness of Fe layer while biaxial anisotropy is reduced with Fe film thickness. This result allows the analysis that the uniaxial anisotropy is originated from interface between GaAs surface and Fe layer.

      • KCI등재

        Vector Network Analyzer를 이용한 Py 박막의 강자성공명연구

        신용확(Yong-Hwack Shin), 하승석(Seung-Seok Ha), 김덕호(Duck-Ho Kim), 유천열(Chun-Yeol You) 한국자기학회 2010 韓國磁氣學會誌 Vol.20 No.1

        본 연구에서는 벡터 네트워크 분석기(vector network analyzer; VNA)와 코플라나 전송선(coplanar waveguide; CPW)을 이용한 강자성 공명 측정 방법을 개발하기 위해 두께가 각각 10, 20, 40 ㎚인 Ni<SUB>81</SUB>Fe<SUB>19</SUB>(Permalloy; Py) 합금 박막을 증착하여 측정하였다. 유리기판 위에 패터닝 작업을 거쳐 CPW를 형성하고 제작된 CPW 위에 Py 박막을 직접 올려놓아 시료의 반사/투과계수인 S-파라미터를 측정하였다. 외부자기장을 0 Oe에서 490 Oe까지 변화 시키며 측정해본 결과 Py 박막의 공명주파수는 2.5 ㎓에서 7 ㎓ 범위 내에서 나타났으며 외부자기장의 세기가 커짐에 따라 공명주파수도 증가함을 확인하였다. S-파라미터를 분석하여 나온 공명주파수와 반치폭을 이용하여 포화자화량과 길버트 감쇠 상수를 구한 결과 Py 박막 40 ㎚에서 길버트 감쇠 상수 값 0.0124(± 0.0008)를 구했고 이는 선행 연구되었던 일반적인 강자성 공명 측정값과 일치함을 볼 수 있었다. 또한 두께별 의존도를 조사해본 결과 두께가 작아질수록 S-파라미터의 세기가 작아지는 것을 확인 할 수 있었으며, 강자성공명 분석 결과에서 Py 박막의 두께가 10 ㎚에서 40 ㎚까지 증가할 때 유효 포화 자화가 7.205(± 0.013) kOe에서 7.840(± 0.014) kOe로 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. Ferromagnetic resonance (FMR) measurement is an important experimental technique for the study of magnetic dynamics. We designed and set up the vector network analyzer ferromagnetic resonance (VNA-FMR) measurement system with home made coplanar waveguides (CPW). We examined 10-, 20-, 40-㎚ thick Py thin films to test the performance of the VNA-FMR measurement system. We measured S-parameter (transmission/reflection coefficient) of Py thin films on a CPW. Resonance frequency is investigated from 2.5 to 7 ㎓ for a field range from 0 to 490 Oe. The VNA-FMR data shows the resonance frequency increment when the external magnetic field increases. We also investigated Gilbert damping constant of Py thin film using resonance frequency (w<SUB>r</SUB>) and linewidth (Δ<SUB>w</SUB>). After investigating dependence of thickness, we find that an decrease in S-parameter intensity as Py thin film thickness decreases. And the FMR results show that the effective saturation magnetization, M<SUB>eff</SUB>, increase from 7.205(± 0.013) kOe to 7.840(± 0.014) kOe, while the film thickness varies from 10 to 40 ㎚.

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