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        • KCI등재

          국소적 교환상호작용을 이용한 좁은 자벽의 생성

          유천열(Chun-Yeol You) 한국자기학회 2005 韓國磁氣學會誌 Vol.15 No.4

          다층박막에서 교환상호작용을 이용해서 자벽의 두께를 인위적으로 얇게 할 수 있는 시스템에 대한 이론적 근거를 제시하였다. 좁은 자벽은 국소적 교환상호작용(exchange coupling)이 존재하는 다층박막에서 구조에서 생성 가능한데, 국소적 교환상호작용이란 다층 박막 구조에 있어서 하나의 자성층 F₂이 박막의 전체 면적 중 국소적으로만 존재하면서 다른 자성층 F₁과 강한 반강자성 혹은 강자성 교환상호작용으로 결합된 구조를 의미한다. 이 구조에서는 F₁ 중 일부 구역만이 F₂와 강한 상호교환 작용을 가지기 때문에, F₂의 결합된 구역은 자유로운 구역과 크게 다른 스위칭 필드 값을 가지게 되므로, 두 구역의 경계 면에는 적절한 외부 자기장의 조건하에서 자벽이 생성된다. 이때 생성되는 자벽의 두께는 외부자기장과 교환상호작용 에너지에 의해 적절한 조건을 만족시킬 경우 일반적인 자구 사이에 생성되는 자벽의 두께에 비해서 매우 얇아 질 수 있다는 것을 발견하였으며, 이 사실을 micromagnetics 전산모사를 통해 확인하였다. Formation of a narrow magnetic domain wall is demonstrated by micromagnetics simulations. It is found that the domain wall width can be shrunk in a local exchange coupled system. The local exchange coupled system means that only a part of a ferromagnetic layer has an exchange coupling with another ferromagnetic layer. The system can be considered as two parts in the lateral dimensions: one is an exchange coupled region and another is a free region. Since the two regions have quite different local switching fields, the domain wall will be formed at the interface between the two regions at moderate field ranges.

        • 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

          마그네트론 스퍼터링법으로 증착한 Au 박막의 전기전도특성에 미치는 열처리 온도와 Ta 삽입층의 영향

          최혁철,유천열,Choi,,Hyeok-Cheol,You,,Chun-Yeol 한국진공학회 2007 Applied Science and Convergence Technology Vol.16 No.6

          We fabricated thin films of Au and Ta/Au with thicknesses of 30 nm and 5 nm/30nm, respectively on Si(100) or Si(111) substrates using a dc magnetron sputtering system. Grain sizes, roughness and conductivity for Au thin films are measured as a function of the annealing temperatures. We observed that the grain size of samples enlarged and the surface became rougher with increasing annealing temperature. The grain size and roughness were improved in the structure of Si/Ta/Au than Si/Au. Furthermore, the Si(100) substrate was more effective for decreasing the resistance for Ta/Au system than Si(111) substrate. We confirm that by inserting a Ta buffer layer in Si(100)/Au, surface roughness was reduced and by adjusting the annealing temperature the grain size were enlarged. Consequently, the Au thin-film has improved conductivity. 열처리 온도에 따른 Au 결정립 크기의 변화와 표면 거칠기 및 전기전도도를 연구하기 위해 dc 마그네트론 스퍼터링법을 사용하여 Si(111) 또는 Si(100) 기판위에 Au (30nm) 와 Ta (5 nm)/Au (30 nm) 를 증착하였다. 열처리 온도가 증가함에 따라 시료의결정립 크기가 증가하였고, 박막 표면 거칠기 또한 증가함을 확인하였다. Si/Au보다Si/Ta/Au구조에서 결정립 크기가 증가하였고 표면거칠기는 감소되었으며 Si(111)기판보다 Si(100) 기판위의 Ta/Au구조에서 전기 저항이 감소되었다. Si(100)/Au구조에 5 nm 두께의 Ta의 buffer layer를 삽입하여 표면 거칠기 정도를 낮춤과 동시에 열처리 온도를 적절히 조절하여 결정립 크기를 증가시킴으로서 전도성이우수한 양질의 Au 박막을 얻을 수 있었다.

        • KCI등재

          미세자기 동역학을 이용한 강자성 나노선의 자기 잡음 연구

          윤정범(Jungbum Yoon), 유천열(Chun-Yeol You), 조영훈(Younghun Jo), 박승영(Seung-Young Park), 정명화(Myung-Hwa Jung) 한국자기학회 2010 韓國磁氣學會誌 Vol.20 No.1

          강자성 나노선에 형성된 자벽의 자기적 특성을 연구하기 위해 미세 자기 동역학을 이용하여 열적 자기 잡음에 대한 연구를 수행하였다. 열적 요동에 의한 자기 잡음 연구는 자성체의 중요한 물리량인 자화율이나 자기 공명 주파수와 같은 물리적 특성에 대한 정보를 제공해 주며, 이는 스핀 동역학의 연구에 있어서 중요한 역할을 한다. 본 연구는 강자성 나노선에서의 자기 구조가 단일 자구를 형성하고 있는 경우와 두 개의 자구 사이에 자벽이 있는 경우에 대해서 열적 자기 잡음을 분석하였다. 그 중 단일 자구일 경우에 열적 요동에 의한 공명 주파수는 완전한 타원체 모형에서 탈자기화 상수를 고려한 Kittel 방정식으로 매우 잘 설명됨을 확인하였고, 자벽이 존재하는 경우에는 단일 자구에 의한 공명 주파수 이외에 추가된 공명주파수를 확인 할 수 있었다. 국소적인 분석을 통해 앞에서 언급한 추가 공명 주파수는 자벽에서 발생하며 단일 자구에 의한 공명 주파수에 비해서 낮은 주파수를 가짐을 확인하였다. We investigate the spin dynamics of the magnetic domain wall using the magnetic noise in the magnetic nanowire structure by employing micromagnetic simulations. Magnetic noise due to the thermal fluctuations in ferromagnetic materials is related to magnetic susceptibility and resonance frequency, which are important physical quantities in the study of the spin dynamics. In this study, we present the magnetic noise of the single domain without magnetic domain wall, and with the magnetic domain wall between two magnetic domains in ferromagnetic nanowires. It is confirmed that the Kittel equation with simple ellipsoid model with demagnetizing factor well describe the resonance frequency due to magnetic noise of the single domain. Besides, we find that there is a distinguishable additional resonance frequency, when a magnetic domain wall exists. It is verified that the additional resonance frequency is originated from the magnetic domain wall, and it is lower than one of the single domain. It implies that the spins inside the domain wall have a different effective field.

        • KCI등재

          교환 바이어스 인위적 준강자성 기준층을 포함한 자기 터널 접합의 강자성 공명

          윤정범(Jungbum Yoon), 유천열(Chun-Yeol You), 정명화(Myung-Hwa Jung) 한국자기학회 2011 韓國磁氣學會誌 Vol.21 No.4

          자유층과 고정 기준층으로 이루어진 자기 터널 접합의 스핀 동역학을 강자성 공명 시늉내기로 연구 하였다. 먼저 교환 바이어스 인위적 준강자성 기준층을 포함한 자기 터널 접합에서 DC 자기장에 대한 각 층의 자화 방향을 확인하고 터널 자기저항을 계산하였다. 자기 터널 접합에서 스핀의 들뜸 모드들을 확인하기 위해 DC와 RF 자기장을 함께 인가하여 강자성 공명 주파수 스펙트라를 관찰 하였다. 각 층 별로 들뜸 모드들을 확인하여 자유층과 기준층의 자화 방향의 차이로 계산된 터널 자기저항의 들뜸 모드들을 분석 하였다. 전체적으로 스핀의 들뜸 모드는 자유층이나 기준층의 자화 방향에 관련해서 DC 자기장의 음, 양의 방향에 따라 상이하게 나타났다. 음의 방향 자기장에 대해서 자유층과 기준층의 강자성 공명 주파수 스펙트라는 수정된 Kittel 방정식으로 잘 설명되지만 양의 방향 자기장에 대해서는 예측하기 어려운 들뜸 모드들로 인해 분석적 해답을 찾기 어려웠다. 자기터널 접합의 강자성 층들은 서로 상호 작용을 하기 때문에 이에 대한 스핀 동역학 연구는 자유층 뿐만 아니라 기준층, 고정층과도 밀접하게 연관되어 있다. Spin dynamics of magnetic tunnel junctions with free and fixed reference layers is investigated by ferromagnetic resonance micromagnetic simulations. First, in magnetic tunnel junctions with an exchange biased synthetic ferrimagnetic reference layer, a magnetization direction of each layer and the tunneling magnetoresistance are calculated for a DC magnetic field. To investigate the spin exciting modes in magnetic tunnel junctions, we simulate the ferromagnetic resonance frequency spectra with small RF magnetic fields. Exciting modes of the tunneling magnetoresistance calculated by an included angle between free and reference layers is interpreted from those of each layer. Spin exciting modes are different according to a signs of the DC magnetic field. In a negative magnetic field, FMR frequency spectra of free and reference layers are well elucidated by the modified Kittel's equation. However, in a positive magnetic field, there is no simple analytic solution related to FMR frequency spectra due to the coupled modes. Since ferromagnetic layers in magnetic tunnel junctions are interactive each other, careful considerations of the reference and fixed layer as well as the free layer are required for understanding on the spin dynamics of magnetic tunnel junctions with an exchange biased synthetic ferrimagnetic reference layer.

        • 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

          좁은 자벽의 두께에 강자성층의 두께가 미치는 영향

          임호택(Ho-Tack Lim), 유천열(Chun-Yeol You) 한국자기학회 2005 韓國磁氣學會誌 Vol.15 No.6

          Micromagnetics 전산 모사를 이용하여 국소적 층간교환상호작용이 있는 강자성/비자성/강자성 다층박막 구조에서 Bloch 자벽이나 Neel 자벽보다 더 얇은 두께의 자벽이 인위적으로 형성될 수 있음을 보였고, 이때 생성된 좁은 자벽의 두께가 강자성층의 두께에 의해 영향을 받음을 보였다. 국소적 층간교환상호작용을 가진 Fe₁/Cr/Fe₂ 구조에서 좁은 자벽이 생성됨을 보였고, Fe₂ 층의 두께를 20 ㎚로 고정시키고 Fe₁ 층의 두께를 각각 1, 2, 4, 6 ㎚으로 변화시켜가며 전산 모사를 수행하여 Fe₁ 층의 두께가 감소함에 따라 자벽의 두께가 얇아짐을 확인하였다. Effect of a ferromagnetic layer thickness on a narrow domain wall width is investigated. It is found that the narrow domain wall is formed in ferromagnetic/nonmagnetic/ferromagnetic multilayer structure with a local interlayer exchange coupling, and that the width of the narrow domain wall is affected by the ferromagnetic layer thickness. We performed micromagnetics simulations for the Fe₁/Cr/Fe₂ system with the local interlayer exchange coupling, with fixed thickness (20-㎚) of Fe₂ layer and various Fe₁ layer thickness (1, 2, 4, and 6 ㎚). Consequently, we confirmed that the thinner the Fe₁ layer thickness, the thinner the width of the domain wall is formed, because of the surface energy nature of the interlayer exchange coupling.

        • KCI등재

          TiO₂ 씨앗층을 이용한 다양한 기판에서의 Co/Pd 층의 수직 자기 이방성에 대한 연구

          강물빛(Mool-Bit Kang), 윤정범(Jungbum Yoon), 이정섭(Jeong-Seop Lee), 유천열(Chun-Yeol You) 한국자기학회 2013 韓國磁氣學會誌 Vol.23 No.1

          본 연구에서는 TiO₂/Co/Pd 구조의 다층박막을 마그네트론 스퍼터링으로 GaAs(100), MgO(100), MgO(111), Si(100), glass와 같은 다양한 종류의 기판에 대해 제작하여 수직 자기 이방성에 대해서 연구하였다. 산소 분압 등의 TiO₂ 층의 증착 조건과 기판의 종류에 따른 Co/Pd 층의 수직 자기 이방성을 측정하였다. 그 결과, TiO₂ 층이 5 nm 이하 일 때는 기판의 종류에 영향을 받지만, 그 이상의 두께에 대해서는 MgO(111)을 제외한 기판의 영향이 크지 않음을 확인하였고, 이는 TiO₂ 씨앗층의 성장조건과 계면의 거칠기, 결정방향 등과 관련이 있음을 발견하였다. We investigate the perpendicular magnetic anisotropy in TiO₂/Co/Pd on GaAs(100), MgO(100), MgO(111), Si(100), and glass substrates. We find that the roughness of TiO₂ depends on the O₂ partial pressure in the magnetron sputtering process. The perpendicular magnetic anisotropies are found in all substrates with TiO₂ seed layer, and the perpendicular magnetic anisotropy of Co/Pd system is insensitive on the type of the substrate when the thickness of TiO₂ seed layer is thicker than 5 nm. However, MgO(111)substrate promotes TiO₂ rutile (111) structure, and it causes largest perpendicular magnetic anisotropy in TiO₂/Co/Pd(111) structures.

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