코발트 두께 변화에 따른 Pt/Co/Pt 박막의 자성 특성

Abstract

본 연구에서는 브릴루앙 광 산란(Brillouin light scattering) 실험을 이용하여 Co 박막의 두께변화에 대한 자화 동역학의 특성에 관한 연구를 수행하였다. 다양한 두께의 Co 박막을 DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여 제작하였다. 외부 자기장의 변화에 따른 스핀파의 주파수를 측정하여 Co 박막의 포화자화, 수직자기 이방성 에너지 등의 자성특성에 대하여 연구를 수행하였다. 결정된 포화자화와 표면 수직자기 이방성 에너지 밀도는 각각 994 ± 30 kA/m, 0.73 ± 0.01 mJ/m2이다. 또한 Co 박막의 두께변화에따른 스핀파 주파수를 측정하고, 계산 값과 비교하였다. 측정된 스핀파의 주파수와 자성박막의 경계조건에 의하여 계산된 스핀파의 주파수를 비교한 결과, 약 5 nm 정도까지의 스핀파는 수직자기 이방성 에너지만을 고려해도 되지만, 수직자기 이방성 에너지가 포함된 5 mn 이상의 자성박막의 스핀파에 대한 연구는 경계조건에 따라서 조심스러운 접근이 필요하다. We investigate various magnetic properties of cobalt thin films with varying thicknesses by performing Brillouin light scattering spectroscopy. The thickness of the are deposited by using DC the magnetron sputtering system. By measuring the frequency of the propagating spin waves under different external magnetic fields, we analyze the magnetic characteristics of the Co thin films, such as the saturation magnetization and the perpendicular magnetic anisotropy energy. The determined saturation magnetization and surface perpendicular magnetic anisotropy energy density are approximately 994 ± 30 ㎄/m and 0.73 ± 0.01 mJ/㎡, respectively. Additionally, we measure the spin wave frequencies for various cobalt film thicknesses and it is directly compared with the analytically calculated values. Comparing the measured spin wave frequencies with analytically calculated spinwave frequencies, it is found that for spin waves in magnetic films up to approximately 5 ㎚ thick, considering only the perpendicular magnetic anisotropy energy is sufficient. However, for spin waves in magnetic thin films thicker than 5 ㎚, which include perpendicular magnetic anisotropy energy, a careful approach is required depending on the boundary conditions such as exchange and dipole interactions.