일본 토호쿠 대학과 교토 대학의 연구 팀은 코발트 가돌리늄(CoGd) 합금 다층막 기반의 반 강자성 재료를 사용, 자발 자화가 없는 반 강자성체 스핀 토크 자기 메모리를 실증하는데 성공했습니다.

 

하드디스크를 비롯한 자기 저장 장치는 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni) 등의 강자성체로 만든 기록 층에 전류나 스핀 토크를 넣어 자기장에 정보를 기록합니다. 하지만 강자성체에서 발생하는 쌍극자 자기장(누설 자기장)으로 인한 간섭 때문에 기록 밀도를 높이는 데 한계가 있습니다. 

 

반 강자성체는 미세한 자기 모멘트가 있지만 인접한 자기 모멘트가 반대 방향으로 정렬하기에 누설 자기장이 발생하지 않고, 외부 자기장에 대해서도 거의 영향을 받지 않습니다.  그러나 스핀 토크 효과는 미세 자기 모멘트에 직접 작용하니 전류를 사용해 자기 모멘트 제어가 가능, 자기 메모리의 기술 혁신을 가져올 것으로 기대됩니다. 

 

이번 연구팀은 CoGd 합금을 반 강자성 결합 상태 기록 층을 만들고, 플래티넘(Pt) 층을 위아래로 끼워 메모리 소자 구조를 만들었습니다. 플래티넘 층에 쓰기 전류를 흘러 보내면 스핀 홀 효과에 의해 스핀 흐름이 기록 층에 작용, 스핀 토크 효과로 CoGd 합금의 자기 모멘트에 토크를 줍니다.

 

이 소자 구조에 의하 위 아/아래의 플래티넘 층에서 서로 반대 방향으로 분극된 스핀 흐름이 반 강자성 자화 작용하면서, 보다 효율적인 토크를 얻어내고, 2진수의 0과 1에 맞춰 소자 저항이 변화한다고 입증됐습니다. 이를 응요하면 새로운 초 고밀도 자기 저장 장치를 만들 수 있을 것이라 기대됩니다.