Vector network analyzer 강자성 공명을 이용한 Nano-oxide층을 포함한 Py/Pd 이중층에서의 Spin-pumping 효과

Title
Vector network analyzer 강자성 공명을 이용한 Nano-oxide층을 포함한 Py/Pd 이중층에서의 Spin-pumping 효과
Authors
김덕호
Keywords
vectornetworkanalyzer강자성공명을이용한nanooxide층을포함한pypd이중층에서의spinpumping효과
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
Spin-pumping 효과는 강자성/금속 이질구조에서 길버트 감쇠계수를 증가시키는 현상이다. 강자성층과 인접한 금속 층 사이에서 스핀전류가 주입되고, 표면에 축적된 스핀들이 자기회전비율과 길버트 감쇠계수의 재조정 과정을 통해 스핀의 운동을 변화시킨다. 그러므로 길버트 감쇠계수의 측정으로 spin-pumping 효과를 알 수 있다. 그리고 spin-pumping 효과는 산란행렬으로 표현할 수 있고, 스핀에 의존하는 표면 전도성에 연관되어 있다. 표면 전도성을 조절하기 위하여 Py, Pd 증착 사이에 중단시간으로 산화층(nano-oxide layer; NOL) 두께를 조절하여 만든 Si/Pd/NOL/Py 이중층을 본 실험에 사용하였다. 두께 10 nm Pd 층을 증착한 후 각각 0, 6, 30, 60 sec 동안 증착을 중단하여 산화층을 만든 다음 5 nm 두께의 Py를 증착하고, 마지막으로 Py 층의 산화를 방지하기 위해 Cu 5 nm를 증착하였다. 즉, 증착을 중단한 시간 동안 Pd 층 위에 얇은 NOL이 형성 된다. 증착을 중단한 시간이 증가할수록 표면 전도성이 점차 감소됨을 의미한다. 강자성 공명 네트워크 분석기를 이용하여 외부 자기장이 80 mT 이상에서 시료의 강자성 공명의 길버트 감쇠계수를 측정하였다. 산화층 시간이 0, 6, 30, 60 sec에서 길버트 감쇠계수가 Cu(5 nm)/Py(5 nm)/Cu(10 nm)/Si에 대해 113, 29, 21, 9 % 정도 증가함을 확인할 수 있었다. 이것을 통해 산화층은 스핀전류 주입을 감소시켜서 Spin-pumping 효과가 서서히 줄어드는 것을 볼 수 있었다. 본 연구를 통하여 표면 전도성의 감소를 나타내는 nano-oxide층의 형성에 의해 spin-pumping 효과가 급격하게 감소함을 볼 수 있었다.
Description
1 Introduction 1 2 Basic theory of magnetic dynamics 3 2.1 Basic notion 3 2.1.1 Basic terms of Magnetics 3 2.1.2 Types of Magnetism 5 2.2 Energetics in Ferromagnets . 8 2.2.1 Exchange energy 8 2.2.2 Zeeman Energy 9 2.2.3 Demagnetizing Field Energy 9 2.2.4 Anisotropy Enegrgy 10 2.3 Magnetic dynamics 12 2.4 Dynamic Susceptibility 13 2.5 Ferromagnetic Resonance 17 2.6 Smit & Beljers Resonance formula 17 2.7 Spin-pumping effect 21 3 High frequency Basic 24 3.1 Derivation of the Telegrapher?s Equations 24 3.2 Scattering parameters 27 4 Experimental systems & measurements 30 4.1 Calibration Kit & Coplanar wave guide & Probe 30 4.2 Probe station 33 4.3 Sample and Deposition 36 4.4 Vector Network Analyzer 37 4.5 Method of measurement 38 4.5.1 Set-up & Calibration 38 4.5.2 Sample positioning and correction 39 4.6 Measurement technique 40 4.6.1 Vibrating Sample Magnetometer 40 4.7 Program 41 4.7.1 Fitting Program 41 4.7.2 Analysis Program 41 5 One port Open-reflection measurement 44 5.1 Raw data: S-parameter 44 5.2 Calculation of er and e?r 45 5.3 The measurement geometry 46 5.4 The single measured scattering parameter SR11 47 5.5 Introducing an effective medium 48 5.6 Simplifying SR11 49 5.6.1 The exponential function in SR11 49 5.6.2 The reflection coefficientin SR11 49 5.7 Open one port data evaluation 50 5.8 Data conversion for imaginary part of Susceptibility 51 6 Experimental results and Discussion 52 6.1 M-H curve in VSM mesurement results 52 6.2 Cu/Py/Cu bilayer in FMR measurement 52 6.3 Cu/Py/Pd bilayer Spin-pumping effect in FMR measurement 60 6.4 Supression spin-pumping effect with NOL in FMR measurement 65 7 Conclusion 72 Summary (in Korean) 73 References 74
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22496
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College of Natural Science(자연과학대학) > Physics (물리학) > Theses(물리학 석박사 학위논문)
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