p-MTJ 구조에서 RKKY 상호작용의 Joule heating 효과

국문 초록 (Abstract)

자기 다층 및 초격자 구조에서 나타나는 Rudeman-Kittel-Kasuya-Yoshida (RKKY) 상호작용은 주로 비자성층에 인접한 두 자성 층 사이의 층간 교환 결합에 기인한다. RKKY 상호작용은 자기 터널 접합의 열적 안정성을 높이기 위해 자기 터널 접합 구조에 활용될 수 있다. 특히 최근에는 열적 안정성이 높은 수직 자기 터널 접합 구조(Perpendicular-Magnetic tunnel junction, p-MTJ)에 활용하기 위해 수직 자기 이방성을 갖는 박막의 RKKY 상호작용에 관한 연구가 발표되고 있다. 한편, 스핀 토크를 활용하여 p-MTJ의 자화 컨트롤을 하는 경우, Joule heating이 일어나는데, 이때 소자의 자성 특성이 영향을 받게 된다. 수직 자기 이방성 뿐만 아니라, 교환 결합 바이어스 (exchange bias), RKKY 상호작용 등의 물성도 발열에 의해 변화할 것으로 예상되기 때문에, 해당 물리 변수들의 온도 의존성을 이해하는 것이 중요하다. RKKY 상호작용은 디바이스에서 Joule heating이 증가함에 따라 감소한다고 알려져 있는 반면, p-MTJ 구조에서의 RKKY에 온도에 대한 연구는 활발히 진행되지 않고 있다.
이번 발표에서, 우리는 Si/SiO2 기판 위에 수직 자기 이방성을 갖는 Ta/Pt/Co/[Ni/Co]/Ta/CoFeB/MgO/Ta 구조를 magnetron sputtering 시스템을 이용하여 제작했으며 Synthetic Ferrimagnet이 갖는 RKKY 상호작용의 온도 의존성 관측 결과를 다룬다. 극저온 측정 시스템 (Cryogenic Free Measurement System)을 이용하여 비정상적인 홀 효과 (anomalous Hall effect)를 5 K에서 300 K까지 측정했으며 보자력, 스핀 오빗 토크 스위칭 특성 등 다른 물리 변수들의 온도에 따른 경향성과 비교하고, 그 미시적인 원인에 대해서 논의하고자 한다.