나노기술 및 정책 정보

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토호쿠(東北)대학 학제과학프런티어연구소 등의 연구그룹이 원편광에 의해 강자성/비자성 계면에 발생된 스핀을 발견했으며, 초단광 펄스 자기장 측정을 통해 평가함. 연구진은 강자성 금속 박막과 비자성 중금속 박막을 적층시킨 구조에 있어 원편광이 발생하는 스핀을 평가하고, 박막의 두께 의존성 및 시료 구조 의존성을 조사함으로써 계면에 광유기(光誘起)된 스핀이 존재하는 것을 발견함. 연구진은 수 나노미터의 철 코발트 합금 박막 위에 비자성 중금속인 백금을 적층시킨 구조를 사용함. 100펨토초의 시간 폭을 갖는 원편광 펄스 광을 철 코발트 박막/백금 박막 적층 구조에 조사(照射)한 바, 철 코발트 자기의 진동을 여기(励起)할 수 있음을 확인함. 또한 이것이 원편광 헬리시티(helicity, 나선도) 방향에 의존하는 것을 발견함. 이는 원편광에 의해 박막 중에 스핀이 유기되고 박막 자석에 토크(torque)가 주어지는 결과를 발생시킴. 토크 방향의 막 두께 의존성을 조사한 결과, 광 조사에 의해 계면에 스핀이 생성되는 것을 발견함. 구조 대칭성을 바꾼 다양한 시료로 실험을 실시한 바, 본 효과가 발현되기 위해서는 박막의 구조 비대칭성이 중요하다는 것을 규명함. 광 조사에 의한 계면에서의 스핀 생성은 빛에 의해 효율적으로 미소 자석을 제어하는 기술 개발에 새로운 지식을 주며, 향후, 광 자기 메모리의 개발에 기여할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Nanophotonics’ (“Interface-induced field-like optical spin torque in a ferromagnet/heavy metal heterostructure”) 지에 게재됨.