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도쿄(東京)대학 공동 연구그룹이 차세대 정보 처리 디바이스의 주요 재료로 주목받고 있는 반강자성체인 망간화합물 Mn3Sn과 중금속으로 이루어진 다층 박막 디바이스 막 계면 구조의 최적화를 시도하여, 전기적으로 읽고 쓸 수 있는 신호를 지금까지 보고된 값보다 3배 확장시키는 데 성공함.

연구진은 반강자성체 Mn3Sn 다결정 박막과 중금속 박막을 함유한 다층막으로 이루어진 홀 전압 측정용 소자를 실리콘 기판 위에 제작, 쓰기 전류에 의한 홀 전압의 변화를 실온에서 측정했음. 새롭게 다층막의 적층 구조와 증착 프로세스를 개선하고, Mn3Sn층의 결정 배향성과 중금속의 계면 구조를 변경함으로써 읽기 신호 증강을 시도했으며, Ru층을 제거하고, W층의 성막 후 열처리 프로세스를 개선함으로써 소자 표면의 거칠기를 약 0.5nm까지 한 Mn3Sn/W 다층막 소자를 제작함. 또한, 홀 전압 측정 결과, Ru/Mn3Sn/W 다층막 소자의 3배 정도 큰 읽기 신호의 전기적 제어가 가능함을 확인함.

읽기 신호(홀 저항)의 증가는, (i)Mn3Sn층의 결정립이 읽기 신호를 보다 크게 하는 방향으로 배열 한 것, (ii)Mn3Sn와 W의 계면이 평활하게 된 것이 주요 요인이라고 생각됨.

반강자성체 Mn3Sn 다층 박막 장치에 있어 검증된, 전기적 읽기·쓰기 신호 강화 기술은 차세대 자기 디바이스 개발에 획기적인 진전을 가져올 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Small Science’(Large Hall Signal due to Electrical Switching of an Antiferromagnetic Weyl Semimetal State)에 게재됨.