Co - Ag 합금박막의 거대자기저항 및 강자성 상하지층의 효과

김용혁(Yonghyuck Kim),이성래(Seong Rae Lee) 한국자기학회 1997 韓國磁氣學會誌 Vol.7 No.1

조성과 강자성 상하지층이 Co-Ag 나노입상 합금박막의 거대자기저항과 포화자기장에 미치는 효과에 대하여 연구하였다. 두께 3000Å, 30 at.% Co 조성의 증착된 상태의 합금박막에서 23%의 최대 자기저항비를 얻었으며 포화자기장은 2.3 kOe였다. 두께 100Å의 Co_(30)Ag_(70) 합금박막의 자기저항비는 3.65%, 포화자기장은 3.0 kOe이었으며 200Å의 Fe를 상하지층으로 증착하였을 때 자기저항비는 3.3%, 포화자기장은 1.23 kOe로 감소하였다. 강자성 상하지층이 교환결합에 의하여 합금박막의 포화자기장을 감소시키는 효과가 있었으며 그 효과는 합금박막의 두께가 약 300Å 이하에서 나타났다. 교환결합 강자성체 인 Co, NiFe, 그리고 Fe 중에서 포화자기장 감소에 가장 효과적인 재료는 Fe 이었다. The magnetoresistance and the saturation field behavior of the Co-Ag nano granular films as a function of the composition and the ferromagnetic underlayer and overlayer materials were investigated. The maximum magnetoresistance of 23% and the saturation field of 2.3 kOe at room temperature were obtained in the as-deposited 3000Å Co_(30)Ag_(70) single alloy films. The magnetoresistance and the saturation field of 100Å Co_(30)Ag_(70) alloy film were 3.65% and 3.0 kOe respectively. Those of the sandwiched films with 200Å Fe were 3.3% and 1.23 kOe respectively. The saturation field of the sandwiched alloy films could be reduced by the exchange coupling between the ferromagnetic layers and the alloy layer. The effective depth of the exchange coupling was approximately 150Å in each Fe layer. Among the Fe, Co, and FeNi, the most effective materials to reduce the saturation field of the sandwiched alloy films was Fe.

엑스선 공명 자기 산란을 이용한 자성 다층박막 및 나노 구조체의 자기 구조와 자기 스위칭 메커니즘의 연구

이동렬(Dong Ryeol Lee) 한국자기학회 2010 韓國磁氣學會誌 Vol.20 No.4

엑스선 공명 자기산란은 엑스선 반사율과 회절의 원리를 이용하여 자기 다층박막 내 깊이 방향의 자화 모양 및 자기 나노 구조체 내의 자화 분포를 특정 원소별로 구할 수 있다. 여기서는 엑스선 공명 자기산란에 대한 간단한 설명과 이를 이용한 자성 다층박막 및 나노 구조체의 자기 구조와 자기 스위칭의 연구에 대하여 몇 가지 예를 들어 설명하려 한다. X-ray resonant magnetic scattering (XRMS) allows us to extract magnetic depth profiles in magnetic multilayers and magnetization distribution in magnetic nanostructures in element-specific manner using x-ray reflectivity and diffraction. XRMS is explained with a brief introduction and examples of magnetic structures and magnetic switching mechanism in magnetic multilayers and nanostructures.

자기하이드로겔 제작 및 응용에 관한 연구동향

Dongxi Zheng,지동민(Dong Min Ji),김성훈(Sung Hoon Kim) 한국자기학회 2021 韓國磁氣學會誌 Vol.31 No.5

3차원 네트워크 구조로 이루어진 하이드로겔은 많은 종류가 생분해성이며 독성이 없어 생체 적합성이 높은 재료이다. 따라서 하이드로겔은 환경공학, 생물의학 및 기타 분야에서 널리 사용되며, 특히 생체적합성이 높은 특성으로 의료용 재료 설계 및 제조에 매우 중요한 요소 중 하나이다. 스마트 하이드로겔은 온도, pH 농도, 전기장 등의 외부 자극에 반응하는 하이드로겔의 일종이다. 자기 자극에 반응하는 자기반응형 스마트 하이드로겔 마이크로로봇은 빠른 반응 속도, 생체 적합성이 높은 재료, 자기장을 통한 원격 제어 등의 장점이 있다. 따라서 표적 약물 전달, 보조 진단, 자기 온열치료와 같은 생물 의학 분야에 사용할 수 있다. 본 논문은 자기반응형 스마트 하이드로겔의 반응 원리와 합성 방법을 소개하고, 성능 특성을 분석한다. 또한 자기반응형 스마트 하이드로겔 마이크로/나노 로봇의 특성과 응용, 미래 연구 전망에 대해 논의한다. Hydrogel is a three-dimensional network structure with good biocompatibility, many of which are biodegradable and non-toxic. Therefore, hydrogels are widely used in environmental engineering, biomedicine, and other fields. Smart hydrogel is a kind of hydrogel that can respond to external stimuli. According to the stimulus-response type, smart hydrogels can be divided into thermal, pH, electric field, magnetic field response smart hydrogels. Magnetically responsive smart hydrogel, which has fast response, little harm to the human body, and remote control, can be used in biomedical fields, such as targeted drug delivery, assisted diagnosis, tissue engineering, and magnetic hyperthermia. This article introduces the fabrication methods and application fields of magnetic hydrogels. In particular, we discussed the characteristics, applications, and future research prospects of self-responsive smart hydrogel micro/nanorobots.

거대자기저항 스핀밸브 삼층박막의 자기저항 거동 해석에 관한 연구

김형준(Hyeong-Jun Kim),이병일(Byung-Il Lee),주승기(Seung-Ki Joo) 한국자기학회 1998 韓國磁氣學會誌 Vol.8 No.4

보자력의 차이를 나다내는 두 자성층으로 구성된 거대자기저항 스핀밸브 삼층박막의 자기저항곡선과 자기이력곡선을 단층박막으로 형성한 자성층의 자기이력곡선을 이용하여 용이하게 해석하는 방법을 제시하고, 삼층박막의 자기저항 특성과 상층박막을 이루는 각 자성층의 자기적 특성과의 관계를 고찰하였다. 4° 기울어진 Si(1l1) 기판과 유리 기판 위에 NiFe / Cu / Co 삼층박막을 형성하여 일축자기이방성의 존재 유무에 따른 2 가지 경우에 대해, 스핀밸브 삼층박막의 측정된 자기이력 및 자기저항곡선을 단층박막으로 형성한 NiFe, Co의 자기이력곡선으로부터 계산된 곡선과 비교하였다. 거대자기저항을 나타내는 NiFe / Cu / Co 스핀밸브 삼층박막의 자기이력곡선은 동일한 기판 위에 형성된 NiFe, Co 단층박막의 자기이력곡선을 합성한 곡선과 일치하였으며, 자기저항곡선 또한 각 단층박막의 자기이력곡선에 단자구 모델과 다자구 모델을 적용하여 모사된 곡선으로 이해될 수 있었다. 이는 스핀밸브 삼층박막을 다양한 응용 분야에 적용시 각 응용에 필요한 자기저항 특성을 얻는데 유용한 것으로 사료된다. The relationships between R-H curves of gaint magnetoresistance (GMR) spin valve trilayer films and M-H curves of each magnetic layer consisting of the trilayer films were analyzed and simple formula representing the relations between the curves were suggested for theoretical analysis and study of magnetoresistance (MR) in those films, especially where the MR is from the difference of coercivity. Using two kinds of NiFe/Cu/Co films, which had been deposited on Cu(50 Å) / Si(l11, 4° tilt-cut) and Cu(50 Å) / glass, R-H and M-H curves were measured and compared with the calculated ones, which were obtained by appying the M-H curves of single NiFe and Co films, deposited on the same substrates, to the previously reported single-domain and multi-domain models. The calcuated ones were well consistent with the measured ones and the suggested simple relationships between R-H and M-H curves are thought to be very useful for the deep understanding of MR behavior and the reasonable approach to improve MR properties in GMR spin valve trilayer films.

자기열량효과 최근 연구동향

김동현,유성초 한국자기학회 2020 韓國磁氣學會誌 Vol.30 No.3

자기열량효과는 자성체에 자기장을 가할 때 자성체 내의 자기모멘트가 자기장 방향으로 정렬하면서 엔트로피가 감소하면서 나타는 현상이다. 최초로 발견된지 140년이 되어가지만 아직도 학문적으로나 응용적으로 연구할 주제들이 많이 있다. 본 논문에서는 자기열량효과의 기본과 열역학적인 기술, 상전이 현상과의 관계를 소개하고, 다양한 자기열량효과 물질군에 대해 리뷰하였다. 이러한 물질군에서 자기 및 구조적 파라미터를 제어하여 자기열량효과 및 상전이 특성을 변화시킬 수 있으며 Tabletop 자기열량효과와 같은 새로운 현상도 발견되게 되었다. 분자자석과 같은 나노입자에서 나타나는 자기열량효과를 소개하였고 극저온 자기열량효과 및 물질군에 대해 소개하였다. 마지막으로 펨토초 및 피코초 초고속 시간스케일에서 나타나는 자기열량효과를 소개하였다. Magnetocaloric effect is observed for magnetic materials under external magnetic fields due to reduced magnetic entropy by being aligned along the applied field direction. Although it is discovered about 140 years ago, there are still many things to be explored. Here, we introduce basic concepts of magnetocaloric effect in terms of its relation with phase transition and thermodynamics. Various magnetocaloric materials are introduced with recent research trend to control structural/magnetic properties of those materials. Magnetocaloric effect for nanoparticles at cryogenic temperatures are introduced. Lastly, existence of magnetocaloric effect even on ultrafast fs- and ps timescale is discussed.

LaPbMnO3 합금의 자기열량효과

김경섭,민성기,유성초,문영모 한국자기학회 2005 韓國磁氣學會誌 Vol.15 No.4

The magnetocaloric effect and magnetization behaviors have been studied for La1-xPbxMnO3 (x=0.1, 0.2, 0.3) alloys. The Curie temperature increased from 195 K to 352 K with increasing Pb concentration. A large magnetic entropy change (DSM), which is calculated from H vs M curves associated with the ferromagnetic-paramagnetic transitions, has been observed. The maximum DSM of La0.8Pb0.2MnO3 was 1.22 J/kg K at 294 K for an applied field of 1.5 T. Adiabatic temperature change (DTad) was measured directly by a special cryostat. The maximum DTad of La0.7Pb0.3MnO3 was 1.00 K at 352 K for an applied field of 2 T. 본 연구에서는 페로스카이트 구조를 갖고 있는 란타늄 망간산화물인 La1-xPbxMnO3(x=0.1, 0.2, 0.3) 합금에 대한 연구를 수행하였다. 무엇보다도 이들 재료는 다른 계열의 재료에 비해 낮은 자기열량효과를 보이나 제조하기 쉬운 산화물이라는 것과 가격이 매우 저렴하다는 장점을 갖고 있어 유용한 자기냉각소재로서 기대가 되어지고 있는 물질이다. LaMnO3 합금에서 La을 Pb로 치환할 때 치환량에 따른 자기적 특성과 자기열량효과를 측정하였다. 자기적인 특성을 측정하기 위하여 진동시료형 자력계(VSM)를 이용하여 자기이력곡선과 자기모멘트의 온도의존성을 측정하였고 자기열량효과의 간접적인 측정방법인 자기엔트로피변화를 측정하기 위하여 큐리온도 근처에서 외부자기장의 변화에 따른 자기모멘트의 변화를 측정하였다. 자기열량효과의 직접적인 측정방법인 단열온도변화를 측정하기 위하여 제작한 cryostat을 이용하여 큐리온도 근처에서 외부자기장의 변화에 따른 LaPbMnO3 합금의 단열온도변화를 측정하였다. 특히, 본 연구에서는 Pb 치환량이 증가함에 따라 쌍교환작용(double-exchange interaction)이 작게 변화하여 자기엔트로피 변화를 크게 함을 알 수 있었다.

비정질 Fe87Zr7B6 합금의 중성자 조사량에 따른 자기적 특성변화

김경섭(Kyeong Sup Kim),김효철(Hyo-Chol Kim),유성초(Seong-Cho Yu) 한국자기학회 2005 韓國磁氣學會誌 Vol.15 No.1

본 연구에서는 비정질 시료 Fe_(87)Zr_7B_6에 중성자를 조사시킨 후 자기화의 온도의존성, X-ray 회절과 복소 투자율을 측정하여 중성자 조사 전, 후의 자기적 특성 변화를 보았으며, 다양한 중성자 조사량에 따른 복소 투자율과 자기이력곡선을 측정하여 중성자 조사량에 따른 지구벽 운동과 자기화 회전을 보았다. 실험결과 중성자 조사에 의한 지구벽 운동은 감소하였으며, 자기화 회전은 증가 한 것을 볼 수 있었다. 또한, 자기이완 주파수는 지구벽 운동의 경우 증가하였으며, 자기화 회전에 의한 이완 주파수는 감소하였다. 자기이력곡선의 결과 중성자 조사 후 포화 자기화 값이 감소하는 것을 볼 수 있었는데 이러한 실험 결과로부터 중성자 조사 후 생긴 결함에 의해 지구벽 운동은 억제되었으며, 자기화 회전부분은 증가 한 것을 알 수 있었다. The Fe_(87)Zr_7B_6 amorphous alloy after neutron irradiation are studied hysteresis loop and complex permeability measurements. The total integration fluence of fast neutrons is varied from 1.92×10¹⁴ to 4.85×10^(16)n_(fT)㎝-². After neutron irradiation, the imaginary part of complex permeability in low frequency region decreased due to the decrease of wall motion, but the permeability in high frequency region increased due to the enhancement of rotational magnetization. The measurement of hysteresis loop showed the increase of magnetic softness, related to rotational magnetization, but saturation magnetization was decreased in neutron irradiation sample.

비정질 Sm - Fe계 합금 박막의 유도자기이방성 형성

송상훈(S. H. Song),이덕열(D. Lee),한석희(S. H. Han),김희중(H. J. Kim),임상호(S. H. Lim) 한국자기학회 1998 韓國磁氣學會誌 Vol.8 No.5

스퍼터링 중 500~600 Oe의 자기장을 인가한 상태에서 제조된 비정질 Sm-Fe 합금 박막에서 6×10⁴ J/㎥ 크기의 유도자기이방성이 형성되었다. 자장 증착에 의해 유도자기이방성이 형성된 합금 박막은 이방성이 형성되지 않은 합금 박막에 비해 자구 구조에 무관한 “포화” 자기변형은 유사하지만, 측정 방향에 따른 자기변형의 이방성 비는 최대 35 정도로서 매우 크게 증가하였다. 이는 자기변형 박막의 디바이스 응용시 성능을 크게 향상시키므로, 실용적인 측면에서 매우 중요하다. 스퍼터링 중 자기장을 인가하지 않고 통상의 마그네트론 스퍼터링에 의해 제조된 비정질 Sm-Fe 합금 박막을 넓은 조성 범위에 걸쳐서 체계적으로 조사한 결과, 이러한 합금 박막에서도 미약하나마 스퍼터링 중의 누설 자계에 의해 증착 도중 유도자기이방성이 형성되는 것을 관찰하였으며, 최대의 유도자기이방성은 Sm 함량 25~30 원자%에서 얻어졌다. 또한 본 합금 박막의 유도자기이방성은 자장 중 열처리에 의해서도 형성되는 것을 관찰하였는데, 형성된 이방성의 크기는 자장 증착에 의해 제조된 시료보다 매우 작게 나타났다. 이는 자장 증착의 경우 원자의 표면 확산을 통한 원자의 이동에 의해 유도자기이방성이 형성되나, 증착 후 자장 열처리에 의한 경우는 체적 확산에 의해 유도자기이방성이 형성되기 때문으로 생각된다. Induced anisotropy with the energy of 6×10⁴ J/㎥ is obtained in amorphous Sm-Fe based thin films which are fabricated by rf magnetron sputtering under a magnetic field of 500~600 Oe. Compared with conventional thin films, the anisotropic thin films exhibit a similar "saturation" magnetostriction, but show a very large anisotropy in magnetostriction which is of significant practical importance due to increased strain at a particular direction. It is shown from a systematic investigation over a wide composition range for binary Sm-Fe alloys that anisotropy is also induced, though small, during a normal sputtering procedure due to the stray field, and the largest anisotropy is observed in the composition range of 25~30 at.% Sm. Furthermore, induced anisotropy is also found to be formed by magnetic annealing, but the anisotropy energy is much smaller than that by magnetic sputtering. This may be because the volume diffusion by which atoms move during magnetic annealing to form induced anisotropy is much slower than the surface diffusion which is expected to be a dominant factor during magnetic sputtering.

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

자기터널접합을 활용한 고집적 MRAM 소자 기술

전병선(Byong Sun Chun),김영근(Young Keun Kim) 한국자기학회 2006 韓國磁氣學會誌 Vol.16 No.3

자기터널접합 기반의 MRAM(magnetic random access memory)은 자기저항효과를 응용하는 메모리소자로서 비휘발성과 고속 정보처리가 가능할 뿐만 아니라 고집적화 할 수 있는 차세대 통합형 비휘발성 메모리이다. 그러나 기존의 메모리 소자들에 비해 스위칭 산포가 크고, 기록마진(writing margin)이 확보되지 않아 아직까지는 고집적화가 어려운 실정이다. 최근 포화자화가 낮은 NiFeSiB 및 CoFeSiB과 같은 비정질 강자성체를 자기터널접합의 자유층 재료로 사용하여 스위칭 자기장의 거대화를 크게 감소시켜 MRAM의 기록마진을 높이는 연구결과에 관해 정리하여 보았다. 그리고 이러한 물질을 이용하여 자기터널접합의 재생마진(reading margin)과 관련된 터널자기저항비의 인가전압의존성을 저감시킬 수 있었다. 본고에서는 나노자기소자 기술의 중요한 분야인 MRAM의 기술발전 방향과 연구사례를 소개하고자 한다. Ferromagnetic amorphous Ni₁?Fe?₂Si?B₁₄ and Co70.5Fe4.5Si₁?B₁? layers have been devised and incorporated as free layers of magnetic tunnel junctions (MTJs) to improve MRAM reading and writing performance. The NiFeSiB and CoFeSiB single-layer film exhibited a lower saturation magnetization (Ms = 800 emu/㎤, and 560 emu/㎤, respectively) compared to that of a Co??Fe₁?0 (Ms = 1400 emu/㎤). Because amorphous ferromagnetic materials have lower Ms than crystalline ones, the MTJs incorporating amorphous ferromagnetic materials offer lower switching field (Hsw) values than that of the traditional CoFe-based MTJ. The double-barrier MTJ with an amorphous NiFeSiB free layer offered smooth surface resulting in low bias voltage dependence, and high Vh and Vbd compared with the values of the traditional CoFe-based MTJ.