냉연강판의 기계적 물성과 자기적 특성의 상관관계

박수영(S. Y. Park), 유권상(K. S. Ryu), 이재경(J. K. Yi), 박종서(J. S. Park) 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.4

구조 강이나 터빈로터 강의 기계적 물성은 자기적 특성과 관계되므로, 비파괴적으로 자기적 특성을 측정하여 기계적 물성을 평가하는 연구가 많이 수행되었다. 따라서 자동차용 강판으로 사용되는 냉연강판에서도 비파괴적으로 자기적 특성을 측정함으로써 냉연강판의 기계적 물성을 유추할 수 있을 것이고, 냉연강판 생산 라인에서 자기적 특성을 측정하여 온라인상에서 냉연강판의 기계적 특성을 모니터할 수 있을 것이다. 기계적 특성이 다른 세 종류의 냉연강판 CBQ 3060, CBQ 3041 및 CBQ 3036의 시편을 준비하고 교류 섭동 자기장을 인가하여 자기적 특성인 가역투자율을 비파괴적으로 측정함으로서 기계적 물성인 경도와의 상관관계를 규명하였다. 세 종류의 냉연강판 시편에서 기계적 물성인 비커스 경도, 항복강도 및 인장강도를 측정하였다. 주파수가 20 Hz일 때, surface type 프로브로 측정한 섭동자기장의 제 1차 고조파인 가역투자율의 피크 간 간격에서 구한 보자력은 비커스 경도, 항복강도 및 인장강도가 증가할 때 선형적으로 증가하였다. 주파수 20 Hz에서 lift-off에 대한 가역투자율 측정을 하였는데, lift-off가 증가함에 따라 고조파의 amplitude가 급격히 감소하였다. Measurement methods in order to measure the mechanical properties nondestructively have been studied. The mechanical properties of the structural and turbine rotor steels are related with their magnetic properties. If the magnetic properties of the cold rolled carbon steel sheet (CR) for a car are measured nondestructively, its mechanical properties are analogized by their magnetic properties. And then the mechanical properties are monitored on-line by measuring the magnetic properties. We prepared three CR materials, CBQ 3060, CBQ 3041, and CBQ 3036, were prepared in order to measure their mechanical and magnetic properties. The Vickers hardness, yield strength, and tensile strength were measured by ASTM E 8M, and the reversible magnetic permeability was measured by the surface type probe. The coercivity calculated by the peak interval of reversible magnetic permeability increased linearly with the increase of Vickers hardness, yield strength, and tensile strength. The amplitude of the peak interval of reversible magnetic permeability drastically decreased when the lift-off was increased.

나노 산화층을 사용한 자기터널접합의 특성

추인창(In Chang Chu), 전병선(Byong Sun Chun), 송민성(Min Sung Song), 이성래(Seong Rae Lee), 김영근(Young Keun Kim) 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.2

자기터널접합은 일반적으로 250℃ 이상의 온도에서 터널자기저항비의 저하가 발생하는데 이는 반강자성체로 사용된 IrMn 중Mn이 강자성체인 CoFe 및 터널배리어로의 내부확산에 기인한다. 자기터널접합의 열적 안정성을 향상시키기 위하여 나노산화층을 삽입하여 Mn의 확산을 제어하였다. CoNbZr 4/CoFe 10/IrMn 7.5/CoFe 3/터널배리어/CoFe 3/CoNbZr 2(㎚)와 같은 자기터널접합을 기본구조로 하여 각각의 층에 나노산화층을 삽입하여 열적안정성 및 전자기적 특성을 비교 분석 하였다. 나노산화층의 삽입에 의해 터널자기저항비, 자기터널접합의 표면 평활도 및 열적안정성이 향상되었다. The tunneling magnetoresistance (TMR) ratios of magnetic tunnel junctions (MTJs), in general, decrease abruptly above 250℃ due to Mn interdiffusion from an antiferromagnet IrMn layer to a ferromagnetic CoFe and/or a tunnel barrier. To improve thermal stability, we prepared MTJs with nano-oxide layers. Using a MTJ structure consisting of underlayer CoNbZr 4/bufferlayer CoFe 10/ antiferromaget IrMn 7.5/pinned layer CoFe 3/tunnel barrier AlO/freelayer CoFe 3/capping CoNbZr 2 (㎚), we placed a nano-oxide layer (NOL) into the underlayer or bufferlayer. Then, the thermal, structural and magneto-electric properties were measured. The TMR ratio, surface flatness, and thermal stability of the MTJs with NOLs were promoted.

CoFeHfO 박막의 자기적 특성

이광은(K. E. Lee), 느반더(L. V. Tho), 김상훈(S. H. Kim), 김철기(C. G. Kim), 김종오(C. O. Kim) 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.4

??RF magnetron reactive sputtering법으로 CoFeHfO 박막을 상온에서 제작하여 산소분압에 따른 포화자화, 보자력, 이방성자계를 조사하였다. 최적조건인 산소분압 8 %에서 제조한 Co39Fe34Hf9.5O17.5 박막은 포화자속밀도(4πMs) 19 kG, 보자력(Hc) 0.37 Oe, 이방성자계(Hk) 48.62 Oe의 우수한 연자성을 나타내었다. CoFeHfO 박막의 전기비저항은 산소분압이 늘어남에 따라 증가하는 경향을 나타내었으며 우수한 연자기적 성질을 가지는 Co39Fe34Hf9.5O17.5 박막의 경우, 300 μΩcm의 높은 전기비저항과 48.62 Oe의 높은 이방성자계 때문에??Co39Fe34Hf9.5O17.5 박막이 고주파에서 우수한 연자기 특성을 가지는 것으로 사료된다. Amorphous alloys of Co-rich magnetic amorphous films are well known as typical soft magnetic alloys. They are used for many kinds of electric and electronic parts such as magnetic recording heads, transformers and inductors. CoFeHfO thin films were prepared by RF magnetron reactive sputtering. The films were deposited onto Si(100) substrates with a power of 300W at room temperature. The reactive gas was introduced up to 10% (O₂/(Ar + O₂)) during deposition, and the Co39Fe34Hf9.5O17.5 thin film exhibit excellent soft magnetic properties : saturation magnetization (4πMs) of 19 kG, magnetic coercivity (Hc) of 0.37 Oe, anisotropy field (Hk) of 48.62 Oe, and an electrical property is also shown to be as high as 300 μΩcm. It is assumed that the good soft magnetic properties of Co39Fe34Hf9.5O17.5 thin film results from high electrical resistivity and large anisotropy field.

Tb<SUB>3-x</SUB>Bi<SUB>x</SUB>Fe₅O₁₂(x = 0.5, 0.75, 1.0, 1.25)의 자기적 특성 연구

박일진(Il Jin Park), 김철성(Chul Sung Kim) 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.5

Sol-gel법을 이용하여 단일상을 갖는 Tb3 ? xBixFe?O₁₂ 분말 시료를 제조하였으며, 그 결정학적 및 자기적 특성을 x-선 회절법(XRD), 진동 시료 자화율 측정법(VSM), Mossbauer 분광법으로 연구하였다. XRD 분석 결과 결정구조는 Ia3d의 공간그룹을 갖는 cubic 구조임을 알 수 있었고, Bismuth의 치환량이 x = 0.5, 0.75, 1.0 및 1.25로 증가할수록 격자상수가 각각 a? = 12.466 A, 12.487 A, 12.499 A, 12.518 A으로 선형적으로 증가함을 확인할 수 있었다. VSM을 이용한 온도에 따른 자기모멘트 측정 결과 Bismuth의 치환량이 증가하면 Neel 온도는 증가하며 compensation 온도는 감소함을 확인할 수 있었다. 또한 field cooled 조건에서 비정상적인 음의 자화값이 관측되었다. Mossbauer 스펙트럼은 4.2 K에서부터 Neel 온도까지 측정하였으며, 분석 결과 상온에서 모든 시료의 이성질체 이동치의 값은 평균적으로 0.27 ㎜/s로 철의 이온상태가 +3가 임을 확인할 수 있었다. Tb3?xBixFe?O₁₂ has been studied by x-ray diffraction (XRD), vibrating sample magnetometer, Mossbauer spectroscopy. The crystal structures were found to be a cubic garnet structure with space group Ia3d. The lattice constants increase linearly with increasing bismuth concentration. With increase of bismuth substitution, the Neel temperature increases but the compensation temperature decreases. We have observed the negative magnetization in Bi-TbIG system which has not been reported in garnet systems. Mossbauer spectra were measured at various temperatures from 4.2 K to Neel temperature. The isomer shifts at room temperature are ~0.26 ㎜/s which is consistent with ferric state.

Cr₂Te₃에서 쿨롱 상관효과의 크기와 자기모멘트 크기의 계산

윤석주(Suk Joo Youn), 권세균(Se Kyun Kwon) 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.2

자기구조가 복잡한 것으로 알려져 있는 Cr₂Te₃의 전자구조와 자기구조를 이론적 방법으로 연구하였다. LDA+U 방법에 의해 Cr-d 전자의 상관효과를 고려해서 계산하면 전자의 상태밀도와 자기모멘트가 국소밀도근사(LDA)에 의한 것보다 실험과 더 잘 일치하는 것을 보였다. 이 과정에서 Cr₂Te₃에서 Cr-d 전자의 상관효과의 크기 U=1.7 eV를 구했다. Cr₂Te₃의 강자성 상태와 준강자성 상태의 에너지가 같아서 축퇴된다면 실험에서 알려진 Cr의 자기모멘트를 설명할 수 있음을 보였다. Electronic and magnetic structure of Cr₂Te₃ have been studied, which is a material with complex magnetic structure. Density of states and magnetic moments show better agreement with experiments than LDA if they are obtained with the correlation effect of Crd electrons taken into account by the LDA+U method. In these calculations, the magnitude of the correlation effect is found to be 1.7 eV. It is shown that the magnitude of experimental magnetic moments of Cr atoms can be explained if the ferromagnetic states and the ferrimagnetic states have the same energy to be degenerate.

(CrAs)₃(MnAs)₃(110) 초격자의 전자구조와 자성에 대한 제일원리 연구

이재일(J. I. Lee), 홍순철(S. C. Hong) 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.2

Zinc-blende 구조를 가지는 CrAs와 MnAs에서 (110)면 원자층으로 이루어진 초격자의 자성을 제일원리 방법을 이용하여 연구하였다. 이를 위해 CrAs와 MnAs의 (110)층이 각기 세 층씩 교대로 반복되는 (CrAs)₃(MnAs)₃(110) 초격자계의 전자구조를 총 퍼텐셜 선형보강평면파동(FLAPW) 에너지띠 방법을 이용하여 계산하였다. Cr-As로 이루어진 층과 Mn-As로 이루어진 층이 접합되는 계면에 있는 Cr과 Mn 원자의 자기모멘트를 계산한 결과 각기 3.07 μB와 3.74 μB로 가운데 층의 Cr과 Mn의 자기모멘트 값인 3.06 μB와 3.76 μB보다 약간 크거나 작았다. 계산된 상태밀도로부터 이 계의 전자구조와 반쪽금속성을 고찰하였다. We investigated the magnetism and electronic structures for the layered structures consisting of (110) layers of zinc-blende CrAs and MnAs. We calculated the electronic structures for (CrAs)₃(MnAs)₃(110) superlattice consisted of alternating three layers of CrAs(110) and MnAs(110) by the full-potential linearized augmented plane wave (FLAPW) method. The calculated magnetic moment of Cr in interface layer (3.07 μB) was slightly larger than that of Cr atom in center layer (3.06 μB), while that of interface Mn atom (3.74 μB) was slightly smaller than the value of Mn atom in center layer (3.76 μB). The electronic structure and half-metallicity in this superlattice were discussed using the calculated density of states.

고밀도 자기기록 시스템에서 발생하는 와전류에 의한 자기 기록 필드 영향 분석

원혁(Hyuk Won), 박관수(Gwan Soo Park) 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.2

자기 기록 시스템은 시간의 흐름에 따라 기록 밀도는 높아지고 있고 또한 기록 속도 역시 빨라지고 있다. 더욱 빠른 기록 속도의 요구 치로 인하여 자기 기록 헤드에 인가되어지는 기록 주파수 역시 높아져야 하고 또한 기록이 일어나는 기록 미디어의 회전 속도 역시 빨라져야 한다. 이와 같은 두 가지 요건은 헤드와 기록 미디어에서 와전류를 발생시키게 된다. 기록 헤드에서는 기록 주파수에 의해 발생되는 와전류가 존재한다. 그리고 기록 미디어에서는 기록 주파수에 의해 발생되는 와전류와 회전하는 미디어의 선속도에 의해 발생하는 와전류가 존재하게 된다. 본 논문에서는 비선형 3차원 유한 요소법을 이용하여 자기 기록 헤드에서 발생하는 와전류와 기록 미디어에서 발생하는 두 종류의 와전류의 분포를 분석하고 이와 같이 발생한 와전류가 자기 기록 시스템에서 자기 기록 필드에 미치는 영향에 대해서 연구하였다. The frequency of the recording current and the rotating speed of the recording media are increase for the high densities in perpendicular magnetic recording system with high conductive pole tip head and soft magnetic under-layer. In the paper, the frequency induced eddy current and velocity induced eddy currents are analyzed by non-linear 3-dimensional finite element analysis. It it turned out that the frequency induced eddy current decreases the amplitude of the recording fields, whereas the velocity induced eddy current only distorts the distribution of the recording fields in the recording media

(100) MgO 기판에 성장한 CoFe₂O₄ 박막의 물리적 및 자기적 특성에 관한 연구

이재광(Jae-Gwang Lee), 채광표(Kwang Pyo Chae), 이영배(Young-Bae Lee) 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.2

단결정 상태의 CoFe₂O₄ 박막을 rf magnetron sputtering 증착법을 이용하여 (100) MgO 기판 위에 성장시켰다. X-선 회절기, Rutherford back-scattering 분석기와 고감도 주사전자현미경을 이용하여 측정한 결과 증착된 박막이 기판과 잘 정렬되어 성장한 것을 확인할 수 있었다. 600℃의 기판 온도에서 성장한 페라이트 박막은 약 200 ㎚ 크기의 사각형 형태로 규칙적으로 분포되어 있음이 관찰되었다. 그러나 700℃의 기판 온도에서 성장한 박막은 불규칙한 모양으로 이루어져 있었으며 30 ㎚에서 150 ㎚에 이르는 다양한 입자 크기를 보이고 있었다. 섭동자화기를 이용한 자기이력곡선 측정 결과 성장한 박막의 자화용이축이 기판과 수직하게 배열하는 것을 알 수 있었다. 또한 MgO 기판과 성장 박막과의 격자상수 차이로 인하여 기판과 수직한 방향의 보자력은 매우 큰 값을 나타내었다. 즉 평행한 방향의 보자력은 283 Oe이고 수직한 방향의 보자력은 6800 Oe였다. 700℃의 기판 온도에서 성장한 페라이트 박막은 600℃의 기판 온도에서 성장한 박막의 보자력 및 포화자화 값과 유사한 값을 보였으나 각형비는 급격하게 감소하였다. Single crystalline CoFe₂O₄ thin films on (100) MgO substrates were fabricated using a rf magnetron sputtering method. The deposited films were investigated for their crystallization by X-ray diffraction, Rutherford back-scattering spectroscopy and field emission scanning electron microscopy. When a cobalt ferrite film was deposited at the substrate temperature of 600℃, squared grains of about 200 ㎚ were uniformly distributed in the film. However, the grains became irregular and their sizes also varied from 30 to 150 ㎚ when the substrate temperature was 700℃. Hysteresis loops of a film deposited at 600℃ showed that the magnetically easy axis of the film was perpendicular to the substrate surface. Except for the squareness ratio, magnetic properties of the cobalt ferrite films grown by the present rf sputtering method were as good as those of the films prepared by a laser ablation method: The in-plane and perpendicular coercivities were 283 and 6800 Oe, respectively. As the thickness of the deposited film increased twice, the saturation magnetization became double but the coercivity remained unchanged. However, deposition of the Co ferrite films with a higher rf powder decreased the squareness ratio and the perpendicular coercivity of the films.

산소 결핍된 TiO<SUB>2-δ</SUB>: Ni 박막의 자기적 성질 연구

박영란(Young Ran Park), 김광주(Kwang Joo Kim), 김철성(Chul Sung Kim) 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.3

졸-겔(sol-gel) 방법을 이용하여 제작된 산소결핍(oxygen vacancy) 들을 내포하는 Ni 도핑된 루타일(rutile) 구조의 TiO2-δ 박막들에 대하여 그 자기적 성질 및 관련된 전자구조적 성질에 대하여 조사분석 하였다. TiO2-δ : Ni 박막들에서 상온 강자성이 관측되었으며 Ni 도핑량이 증가할수록 포화 자화량(MS)이 점차 감소하며 6 at% 이상에서 일정한 값으로 유지되었다. 이와 같은 Ni 도핑량 6 at% 이하에서의 강자성 현상은 산소결핍 자리에 속박된 전자를 매개로 그 주위에 존재하는 불순물 이온들의 자기 능률들이 강자성 정렬을 이루게 되는 자기 폴라론(magnetic polaron)의 형성에 의한 것으로 해석된다. 소량의 Ni 도핑 시 각 이온 당 최대 3.7 μB/Ni의 큰 MS 값이 나타났으며, 6 at% 이상에서의 일정한 MS 값은 Ni cluster 형성에 의한 것으로 해석된다. 이와같은 Ni cluster의 존재는 시료들에 대한 Hall 측정 결과 나타난 Ni 도핑량 증가에 따르는 p-n 전도성 전이를 설명하여 줄 수 있다. We studied the magnetic and the related electronic properties of Ni-doped rutile TiO2-δ films (including oxygen deficiency δ) prepared using a sol-gel method. A room-temperature ferromagnetism was observed in the TiO2-δ : Ni films with the saturation magnetization (MS) decreasing with increasing Ni doping and remaining constant above 6 at% Ni doping. The observed ferromagnetism below 6 at% Ni doping is interpreted as due to magnetic polaron formed by a trapped electron in oxygen vacancy and magnetic impurity ions around it. For small Ni doping, MS up to 3.7 μB/Ni was obtained. The ferromagnetism for Ni doping above 6 at% is interpreted as due to the existence of Ni clusters that can explain the p-n conductivity transition observed by Hall effect measurements.

유기 / 무기 나노 템플레이트를 이용한 나노 정보소재 합성 연구

이전국(Jeon-Kook Lee), 정원용(Won Young Jeung) 한국자기학회 2004 韓國磁氣學會誌 Vol.14 No.4

나노 기술과 정보기술의 융합은 이제 성숙 단계에 있는 정보화시대에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 특히, 한국 산업에서의 정보 기술의 역할을 고려할 때, NT-IT 기술 융합은 매우 중요하다. 나노 소재는 그 크기가 나노 미터 크기로 작은 것을 의미하며, 나노 크기에서 독특한 물성을 나타내는 특성을 가지고 있다. 자기조립 기술을 활용하여 보텀업 공정을 수행하여 나노 크기의 정보 소재 및 소자를 구현한다. 이러한 기술은 생물체 등에서 일어나는 원자나 분자의 자기 조립 현상과 유사하다. 유기, 무기 템플릿을 이용한 정보 소재 개발 연구는 Guided Self Assembly 유기물 나노 템플릿의 개발 및 AAO 무기물 나노 템플릿을 활용한 나노 구조물 형성과 이를 응용한 정보기술과의 융합에 관해 연구이다. Nano structuring을 위해 Electroforming, Sol-gel processing, Ionized Physical vapor deposition, Ion beam implantation 법 등을 사용하며, 정보기술에 필요한 핵심 요소 기술을 개발한다. 형성된 Nano structure의 전기적 특성 평가 및 미세 구조 분석 및 응용을 고려한 소자 특성 평가를 통해서, IT 분야에 적용 가능한 정보소재를 개발한다. The fusion of nano technology and information technology is essential to sustain the present growth rate and to induce new industry in this ever-growing information age. Considering Korean industry whose competitiveness lies heavily on information related technologies, this field will be inevitable for future. Nano materials can be described as novel materials whose size of elemental structure has been engineered at the nanometer scale. Materials in the nanometer size range exhibit fundamentally new behavior, as their size falls below the critical length scale associated with any given property. " Bottom-up " techniques involve manipulating individual atoms and molecules. Bottom-up process usually implies controlled or directed self assembly of atoms and molecules into nano structures. It resembles more closely the processes of biology and chemistry, where atoms and molecules come together to create structures such as crystals or living cells. Nano scale sensors are included in the electronics area since the diverse sensing mechanisms are often housed on a semiconductor substrate and usually give rise to an electronic signal. The application of nano technology to the chemical sensors should allow improvements in functionality such as gas sensing. In this presentation, we will discuss about the nano scale information materials and devices fabricated by using the organic/inorganic nano templates.