KR100813449B1 - 자기 센서 - Google Patents

자기 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR100813449B1
KR100813449B1 KR1020047008369A KR20047008369A KR100813449B1 KR 100813449 B1 KR100813449 B1 KR 100813449B1 KR 1020047008369 A KR1020047008369 A KR 1020047008369A KR 20047008369 A KR20047008369 A KR 20047008369A KR 100813449 B1 KR100813449 B1 KR 100813449B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic sensor
thin film
sensor element
materials
magnetic
Prior art date
Application number
KR1020047008369A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050032023A (ko
Inventor
요시노리 도꾸라
마사시 가와사끼
히로유끼 야마다
요시히로 오가와
요시오 가네꼬
Original Assignee
도꾸리쯔교세이호진 상교기쥬쯔 소고겡뀨죠
도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도꾸리쯔교세이호진 상교기쥬쯔 소고겡뀨죠, 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 filed Critical 도꾸리쯔교세이호진 상교기쥬쯔 소고겡뀨죠
Publication of KR20050032023A publication Critical patent/KR20050032023A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100813449B1 publication Critical patent/KR100813449B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/04—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam
    • G11C13/06—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam using magneto-optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
    • G01R33/0325—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect using the Kerr effect
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/095—Magnetoresistive devices extraordinary magnetoresistance sensors
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B11/00—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor
    • G11B11/10—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by magnetic means or other means for magnetisation or demagnetisation of a record carrier, e.g. light induced spin magnetisation; Demagnetisation by thermal or stress means in the presence or not of an orienting magnetic field
    • G11B11/105—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by magnetic means or other means for magnetisation or demagnetisation of a record carrier, e.g. light induced spin magnetisation; Demagnetisation by thermal or stress means in the presence or not of an orienting magnetic field using a beam of light or a magnetic field for recording by change of magnetisation and a beam of light for reproducing, i.e. magneto-optical, e.g. light-induced thermomagnetic recording, spin magnetisation recording, Kerr or Faraday effect reproducing
    • G11B11/10532—Heads
    • G11B11/10541—Heads for reproducing
    • G11B11/10543—Heads for reproducing using optical beam of radiation
    • G11B11/10547—Heads for reproducing using optical beam of radiation interacting with the magnetisation of an intermediate transfer element, e.g. magnetic film, included in the head
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/1278—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive specially adapted for magnetisations perpendicular to the surface of the record carrier

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

본 발명은 기록된 자화의 크기가 미세한 경우에도 자기 기록을 재생하고, 입사광 자체를 광자기 디스크에 입사시키지 않고 광자기 디스크 상에 기록된 자화를 직접 판독하여 높은 S/N 비를 가지는 제 2 고조파의 신호들을 획득할 수 있는 자기 센서를 제공한다. 이 자기 센서는 수직 기록 매체 (101) 에 대해 배치된 전기 분극을 가지는 자기 센서 소자 (102), 및 이 자기 센서 소자 (102) 에 작용하는 레이저 생성 수단을 포함한다. 자기 센서는 주파수 ω를 갖는 레이저광 (104) 을 레이저 생성 수단으로부터 자기 센서 소자로 입사시킴으로써, 자기 센서 소자 (102) 에서 출사하는 주파수 2ω의 제 2 고조파 (105) 의 편광면의 회전각 Φ에 기초하여 수직 기록 매체 (101) 의 정보를 판독한다.
자기 센서, 편광면, 제 2 고조파, 자화

Description

자기 센서{MAGNETIC SENSOR}
기술 분야
본 발명은 자기 센서에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 제 2 고조파를 이용하여, 광자기 디스크 또는 하드 디스크 장치 (HDD) 와 같은 고체 내에 삽입된 스핀 정보가 고 감도 및 고 공간 분해능으로 판독 (재생) 될 수 있도록 하는 자기 센서에 관한 것이다.
배경 기술
광자기 디스크에 기록된 정보의 재생을 위해, 광자기 효과인 반사된 광의 Kerr 효과가 종래에 이용되고 있다.
도 1 은 이러한 종래의 광자기 디스크의 재생 원리를 설명하는 다이어그램이다.
도 1에서, 도면 부호 (1) 은 반도체 레이저를 나타내고, 도면 부호 (2, 4, 및 5) 는 렌즈를 나타내고, 도면 부호 (3) 은 편광기를 나타내고, 도면 부호 (6) 은 분광기를 나타내고, 도면 부호 (7) 은 광다이오드를 나타내고, 도면 부호 (8) 은 입사광을 나타내고, 도면 부호 (9) 는 반사광을 나타내고, 그리고 도면 부호 (10) 은 수직 자기 기록 박막을 나타낸다.
도 1 에 나타난 바와 같이, 광자기 디스크의 재생 원리에서, 반사광 (9) 의 편광면은 Kerr 효과 하에서 입사광 (8) 의 편광면에 대하여 회전한다. 반사광 (9) 의 편광면의 회전각이 판독되고, 그렇게 함으로써 기억이 재생된다. 여기서, 이 회전각은 자화의 방향 및 광의 전도 방향이 서로 평행할 때, 최대값을 나타낸다. 따라서, 기록 박막을 위해, 메모리 매체의 표면에 수직인 자화를 갖는 재료가 바람직하다. 이런 식으로 표면에 수직인 자화를 가진다는 조건은 표면 밀도의 증가 및 고 밀도 기록의 달성을 허용하는 이점을 제공한다. 따라서, 수직 자기 기록 시스템이 앞으로 주류가 될 것이다.
광자기 디스크의 메모리 용량은 재생에 사용되는 반도체 레이저의 스폿 (spot) 크기에 의존한다. 반도체 레이저의 통상적인 재생 파장은 0.78 내지 0.65 ㎛의 범위에 있다. 판독 정확도의 관점에서, 자화의 크기는 판독 파장 정도로 한정된다. 이것은 판독 용량의 제한의 결과를 가져오며, 따라서 앞으로 해결할 가장 큰 문제를 만든다.
반면, 자기 유도 초고분해능 (magnetically induced super resolution : MSR) 시스템과 같은 발명이 개시된다. 이 시스템의 용도는 심지어 반도체 레이저의 통상적인 재생 파장의 약 절반의 자화 크기를 판독 가능하게 하는 것이다. K. Shono [J. Magn. Soc. Jpn. 19, Supple, S1 (1999) 177] 에 따라, 0.3㎛의 기록 표시가 적색 레이저의 파장에서 재생되었고, 1.3 GB의 기록 용량이 3.5 inch의 광자기 디스크로 구현되었다. 그러나, 이것은 또한 기껏해야 파장의 약 절반인 판독 크기이며, 따라서, 0.1 ㎛보다 작은 미세한 자화 크기를 재생하는 것은 어렵다. 따라서, 이 시스템은 또한 당연한 결과로서 기록 용량에 제한을 가지며, 따라서 해결되어야 할 심각한 문제를 만든다.
정보의 재생을 위해 광자기 효과를 이용하는 종래의 방법에 따라, 반도체 레이저광은 기록되는 광자기 디스크 상에 직접 입사된다. 이 입사광에 의해 증가된 온도가 적어도 광자기 디스크의 자성 재료의 스핀 정렬 온도 (Curie 온도 Tc) 에 이를 때, 기억은 불운하게도 삭제된다. 따라서, 전이온도 Tc 또는 그 이상에 이르지 않도록, 판독을 위한 입사광의 세기는 제한되어야 한다는 문제가 발생한다. 이것은 재생 신호의 S/N 비 개선에 제한을 부과하는 결과를 가져오며, 그렇게 함으로써 재생 신호 프로세싱 시스템 상에 지나친 고 부하를 야기한다.
상술한 것이 광자기 디스크상의 기록 데이터의 재생과 관련된 문제들과 관계하는 반면, 하드 디스크 장치 (HDD) 의 자기 저항 메커니즘을 이용하는 재생 장치는 또한 유사한 기술적 문제점들을 가진다. 판독을 위한 자성 재료의 더욱 세분화된 구성 쪽으로 이동하는 경향과 함께, 고 감도로 초미세 영역에서 자기를 판독하는 것이 재생에 필요하다.
HDD 데이터를 판독하기 위한 차세대 기술로서 터널링 자기 저항 (tunneling magneto resistive : TMR) 헤드 (Fujikata 등, The 8th Joint MMM-Intermag Conference Abstracts, P.492, Jan. 2001), 및 다다음 세대의 기술로서, 비정상 자기 저항 (extraordinary magneto resistive : EMR) 헤드는 제조업자들 사이의 격렬한 경쟁 속에서 개발되고 있다.
다다음 세대의 기술로 불리는 이러한 EMR에서도, 시작 단계에서 판독 소자의 지름은 수 밀리미터 (Solin et al., Science, vol. 289, pp. 1530-1532, Sep. 2000) 이고 0.1 ㎛ (1000Å) 이하의 자화 크기의 판독이 장래의 과제가 될 것이다. 따라서, EMR의 상업화는 먼 장래의 일일 것이다.
발명의 개시
팽창된 정보 산업 및 이미지 정보의 기억 등 때문에, 기억 용량의 증가에 대한 요구는 한계가 없는 것 같다. 따라서, 메모리 크기에서의 소형화 경향에 대해, 그것의 계속적인 소형화가 더욱 더 요구되고 있다. 2004년에는, 100 Gbpsi의 메모리 용량을 구현하기 위해, 자성 재료의 크기는 30 nm (300Å) 정도의 크기까지 소형화된다. 2007년에는, 1000 Gbpsi의 메모리 용량을 실현하기 위해, 자성 재료가 크기는 10 nm (100Å) 정도의 크기까지 소형화될 전망이다.
따라서, 본 발명의 제 1 목적은 심지어 기록된 자화의 크기가 수백 또는 수 십 옹스트롬 (Angstrom) 과 같은 미세한 크기 또는 수 옹스트롬의 격자 크기인 경우에도 자기 기록의 재생을 가능하게 하는 것이다. 이것은 광자기 디스크 또는 HDD 메모리 용량을 급격히 증가시킬 것이다. 이 방법은 종래의 Kerr 회전 메커니즘 또는 자기저항 메커니즘의 방법과는 대체로 다르다. 이 방법은 자성 재료의 비대칭성과 관련된 비 선형 광학적 응답 이론에 기초하여, 입사광에 대하여 반사광의 제 2 고조파의 편광면의 회전을 이용하는 자기 센서를 제공한다.
본 발명의 제 2 목적은 입사광 세기에 제한을 두지 않는 자기 센서, 즉, 광자기 디스크 상에 기록된 자화가 입사광 자체를 광자기 디스크에 입사하지 않고 직접 판독되도록 하는 자기 센서를 제공하는 것이다. 이것은 기록 매체가 자화의 전이 온도보다 더 높은 온도까지 가열될 정도로 재생 동안에 기록 매체의 온도를 불필요하게 상승시키는 위험을 피하기 위한 것이다.
본 발명의 자기 센서에 따르면, 반도체 레이저광을 자기 센서 소자에 입사하여 이 소자로부터의 출력인 제 2 고조파를 검출함으로써, 광자기 디스크로부터 자계를 검출할 수 있다. 따라서, 종래의 Kerr 효과가 재생 방법으로서 이용되는 경우와 달리, 이 경우에 광자기 디스크에 기록된 정보는 광을 광자기 디스크에 직접 입사하지 않고 재생할 수 있다.
본 발명의 제 3 목적은 제 2 고조파를 생성하기 위한 반도체 레이저광이 광자기 디스크에 기록된 자화를 판독하기 위해 자기 센서 소자에 입사될 때, 입사광 세기가 작을지라도 충분히 높은 S/N 비를 갖는 재생 신호를 획득할 수 있는 자기 센서를 제공하는 것이다. 이 자기 센서에 따르면, 이 자기 센서 소자에 의해 획득된 편광면의 회전각은 매우 큰 편파 회전각 (수 도 내지 수십 도) 이며, 이는 Kerr 효과 하에서 획득된 편광면의 종래 회전각 보다 약 수 십 내지 수 백배이다. 이는 본 자기 센서가 높은 S/N 비를 달성하도록 한다. 이 점에 대하여, 종래의 Kerr 회전 방법에 따른 편광면의 회전 각은 TbFe에 대해 0.3°(Tc=130℃), 이고 GdFe에 대해 0.35°(Tc=220℃) 이다.
제 2 고조파의 파장은 입사 파장의 절반이다. 파장 필터의 용도는 입사파와 같은 파장을 갖는 반사파 성분이 쉽게 제거될 수 있도록 하여, 높은 S/N 비를 갖는 제 2 고조파의 신호를 획득할 수 있도록 한다. 또한, 이는 종래 Kerr 회전이 이용되는 경우에 비해 이점을 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 기록된 자화의 크기가 미세한 경우에도 자기 기록을 재생하고, 광자기 디스크에 입사광 자체를 직접 입사하지 않고서 광자기 디스크 상에 기록된 자화를 판독하며, 높은 S/N 비를 갖는 제 2 고조파의 신호를 획득할 수 있는 자기 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해,
[1] 본 발명은 스핀 정보를 갖는 본체에 대하여 배치되고, 공간 비대칭성을 갖는 계면 구조를 가지며, 이 계면을 구성하는 고체 재료가 자성 재료인 자기 센서 소자; 및 자기 센서 소자에 작용하는 레이저 빔 조사 수단 (laser beam irridation means) 을 포함하는 자기 센서를 제공한다. 이 자기 센서는 주파수 ω를 갖는 레이저광을 레이저 빔 조사 수단에 의해 자기 센서 소자에 입사시킴으로써, 자기 센서 소자를 나가는 주파수 2ω를 갖는 제 2 고조파의 편광면의 회전각의 변화에 기초하여 스핀 정보를 갖는 본체의 스핀 정보를 판독한다.
[2] 상술한 [1] 에서 설명한 자기 센서에서, 제 2 고조파를 생성하기 위해서, 자기 센서 소자의 하나 이상의 자성 재료는 계면이 강자성 재료 (페리-자성 (ferrimagnetic) 재료를 포함함) 로 구성되는 구조를 포함한다.
[3] 상술한 [2] 에서 설명한 자기 센서에서, 제 2 고조파를 생성하기 위해, 자기 센서 소자의 하나 이상의 재료는 강자성 (페리-자성을 포함함) 박막 재료이고, 다른 재료들은 복수의 박막 재료를 이용하여 계면을 구성하는 다층 박막 재료이다.
[4] 상술한 [3] 에서 설명한 자기 센서에서, 복수의 박막 재료들 중에, 하나 이상은 전이 금속 박막 또는 전이 금속 산화물 박막이다.
[5] 상술한 [4] 에서 설명한 자기 센서에서, 복수의 박막 재료들 중에, 하나 이상은 산화 망간 화합물 박막이다.
[6] 상술한 [5] 에서 설명한 자기 센서에서, 복수의 박막 재료들 중에, 하나 이상은 (A1-xBx) MnO3 (0 ≤ x ≤1) 이며, 여기서 A는 Ca, Sr 또는 Ba과 같은 알칼리-토류 원소, 또는 La과 같은 희토류 원소, 또는 Y 또는 Bi 원소이고, 그리고 B는 A 이외의 Ca, Sr 또는 Ba와 같은 알칼리-토류 원소 또는 La과 같은 희토류 원소, 또는 Y 또는 Bi를 포함하는 산화물이다.
[7] 상술한 [6]에서 설명한 자기 센서에서, 복수 종류의 박막 재료들 중에, 하나 이상 종류의 박막 재료는 (A1-xBx) MnO3 (0 ≤x ≤1) 이고, 박막 구성은 한 단위로 처리되는 다른 복수 종류의 박막들을 포함하며, 이 단위를 복수회 반복하여 형성한 다층 박막은 하나 이상의 박막 재료로서 이용된다.
[8] 상술한 [1] 에서 설명한 자기 센서에서, 제 2 고조파를 생성하기 위해서, 자기 센서 소자의 하나 이상의 박막 또는 결정 박편 (flake) 은 서로 수직인 자화용이축 (easy magnetization axis) 과 분극축을 갖는 재료를 포함한다.
[9] 상술한 [8]에서 설명한 자기 센서에서, 제 2 고조파를 생성하기 위하여, 자기 센서 소자의 하나의 박막 재료 및 다른 복수의 박막 재료들이 이용되며, 이 하나의 박막 재료 및 다른 복수의 박막 재료들 각각은 상호 수직인 자화용이축과 분극축을 가진다.
[10] 상술한 [9] 에서 설명한 자기 센서에서, 제 2 고조파를 생성하기 위하여, 자화용이축에 수직인 전계 성분을 갖는 광이 서로 수직인 자화용이축과 분극축을 가지는 자기 센서 소자의 재료에 입사되고, 이 입사광에 대하여 반사하는 또는 투과하는 이 광의 제 2 고조파 성분이 이용된다.
[11] 상술한 [10]에서 설명한 자기 센서에서, 자기 센서 소자의 복수의 박막 재료들 중에, 하나 이상은 전이 금속 박막 또는 전이 금속 산화물 박막이다.
[12] 상술한 [11] 에서 설명한 자기 센서에서, 자기 센서 소자의 복수의 박막 재료들 중에, 하나 이상은 산화 망간 화합물 박막이다.
[13] 상술한 [12] 에서 설명한 자기 센서에서, 자기 센서 소자의 복수의 박막 재료들 중에, 하나 이상은 (A1-xBx) MnO3 (0 ≤ x ≤1) 이고, 여기서 A는 Ca, Sr, 또는 Ba과 같은 알칼리-토류 원소, 또는 La과 같은 희토류 원소, 또는 Y 또는 Bi 원소이며, 그리고 B는 A 이외의 Ca, Sr 또는 Ba과 같은 알칼리-토류 원소 또는 La과 같은 희토류 원소, 또는 Y 또는 Bi를 포함하는 산화물이다.
[14] 상술한 [13] 에서 설명한 자기 센서에서, 자기 센서 소자의 복수 종류의 박막 재료들 중에, 자기 센서 소자의 하나 이상 종류의 박막은 (A1-xBx) MnO3 (0≤ x ≤1) 이고, 박막 구성은 한 단위로 처리되는 다른 복수 종류의 박막들을 포함하며, 이 단위를 복수회 반복하여 형성한 다층 박막은 하나 이상의 박막 재료로서 이용된다.
[15] 상술한 [10], [11] 또는 [12] 에서 설명한 자기 센서에서, 철 산화물 및 철 산화 박막은 자기 센서 소자의 재료들로서 이용되고, 이 재료들은 각각 상호 수직하는 자화용이축과 분극축을 가진다.
[16] 상술한 [15] 에서 설명한 자기 센서에서, Ga2-xFexO3의 결정 및 박막은 자기 센서 소자의 재료로서 이용되고, 이 재료들 각각은 상호 수직인 자화용이축과 분극축을 가진다.
[17] 상술한 [16] 에서 설명한 자기 센서에서, 사방정계의 (rhombic) 결정 구조를 가지고 철의 조성을 정의하는 x는 0.7 이상 1.5 이하의 범위에 있는 Ga2-xFexO3의 결정 및 박막은 상호 수직인 자화용이축과 분극축을 각각 가지는 자기 센서의 재료로서 이용된다.
[18] 상술한 [2] 내지 [17] 중 어느 하나에서 설명한 자기 센서에서, 상하의 SrTiO3 박막들 사이에 자기 센서 소자의 전이 금속 산화물 박막을 샌드위치시켜 형성된 다층 구조가 이용된다.
[19] 상술한 [2] 내지 [17] 중 어느 하나에서 설명한 자기 센서에서, SrTiO3 결정은 자기 센서 소자의 복수의 박막 재료들을 지지하는 기판의 재료로서 이용된다.
본 발명에서, 제곱 인치 당 (psi) 수 테라비트 (Tb) 의 영역에서 거대한 광자기 디스크 및 HDD를 실현하는데 필요 불가결한 기록 재생 소자로서의 자기 센서의 구현시에, 본 발명가는 종래의 기술에서 정보가 기억되는 최소 단위로서의 자기 도메인 구조가 1000Å 이하의 크기를 가지는 경우, 기록의 재생이 어려워진다는 자기 센서 문제를 해결하기 위하여, 제 2 고조파를 이용하는 자기 센서를 발명하였다 (청구항 제 1 항).
이 자기 센서의 최소 구성 요건은 그것의 하나 이상의 자성 재료가 강자성 재료 [페리자성 재료를 포함] 인 것이다 (청구항 제 2 항).
강자성 재료와 다른 재료는 고체에 한정되지 않으며, 기체일 수도 있다. 2 종류의 재료들로 구성된 계면이 정의될 수 있다면, 입사광에 대하여 반사광 (투과광) 의 제 2 고조파의 편광면은 입사광의 편광면에 대하여 회전하며, 유사한 효과가 수 종류의 박막들을 포함하는 자기 센서에서 발생한다 (청구항 제 3 항). 이 자성 재료는 전이 금속 또는 전이 금속 산화물 중의 어느 하나일 수도 있다 (청구항 제 4 항). 다른 방법으로, 자성 재료는 다양한 종류의 자성을 나타내는 산화 망간 화합물 중의 하나일 수도 있다 (청구항 제 5 항).
실시형태에서 나타난 바와 같이, 자성 재료는 (A1-xBx) MnO3 (0 ≤x ≤1) 일 수도 있으며, 여기서 A는 Ca, Sr 또는 Ba과 같은 알칼리-토류 원소, 또는 La과 같은 희토류 원소, 또는 Y 또는 Bi 원소이고, 그리고 B는 A 이외의 Ca, Sr 또는 Ba와 같은 알칼리-토류 원소 또는 La과 같은 희토류 원소, 또는 Y 또는 Bi 원소를 포함하는 산화물이다 (청구항 제 6 항 및 제 7 항).
제 2 고조파가 자기 센서에 대해 이용될 때, 서로 수직인 자화의 자화용이축과 분극축을 가지는 재료에서도 유사한 효과가 발생한다 (청구항 제 8 항 및 제 9 항). 이 자기 센서의 기하학적 구성은 청구항 제 10 항에서 설명된다. 분극을 가지며 제 2 고조파를 이용하는 자기 센서를 구성할 수 있는 자기 (박막들) 재료들이 청구항 제 11 항 내지 제 17 항에서 설명된다. 이러한 다층 보호 박막 또는 기판의 역할을 하는 재료는 청구항 제 18 항 및 제 19 항에서 설명된다. 그들의 모체 (matrix) 는 의도된 박막 재료들과 모체사이의 격자 상수에 있어서 미스핏 (misfit) 이 낮은 적절한 재료로 특정된다.
[작용]
본 발명에 따라, 고체 내에 삽입된 스핀 정보를 판독할 수 있는 자기 센서를 제공할 수 있다. 이는 심지어 광자기 디스크의 재생 소자로서 수 백 옹스트롬 또는 수 옹스트롬과 같은 1000Å 미만의 미세 기억 영역도 재생할 수 있는 소자를 제공하는 것을 가능하게 한다. 또한, 하드 디스크 장치 (HDD) 를 위한 판독 장치로서 이 소자를 이용할 수 있다. 이 재생 소자의 용도는 기억 용량이 일거에 1000 Gbpsi 의 영역까지 증가될 수 있게 한다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 종래의 광자기 디스크의 재생 원리를 설명하는 다이어그램이다.
도 2 는 본 발명에 따라, 제 2 고조파를 이용하는 자기 센서의 원리 도이다.
도 3 은 본 발명에 따라, 초격자 LSMO 자기 센서 소자의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 초격자 LSMO 자기 센서 소자와 레이저광 사이의 배 치 관계를 도시하는 다이어그램이다.
도 5 는 본 발명에 따라, 초격자 LSMO 자기 센서 소자 상에서 제 2 고조파의 편광면의 회전 특성을 도시하는 그래프이다.
도 6 (a) 내지 6 (d) 본 발명에 따라, 초격자 LSMO 자기 센서 소자에 대한 제 2 고조파의 편광면의 입사각 의존성을 도시하는 다이어그램이다.
도 7 (a) 내지 7 (d) 는 본 발명에 따라, 초격자 LSMO 자기 센서 소자에 대한 제 2 고조파의 편광면의 온도 및 자화 의존성을 도시하는 다이어그램이다.
도 8 은 본 발명에 따른 GaFeO3 자기 센서 소자의 결정 구조와 레이저광 사이의 배치 관계를 도시하는 다이어그램이다.
도 9 (a) 내지 9 (d) 는 본 발명에 따른 GaFeO3 자기 센서 소자에 대한 제 2 고조파의 편광면의 온도 및 자화 의존성을 도시하는 다이어그램이다.
본 발명을 실시하기 위한 최선의 모드
이하, 본 발명에 따른 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따라 제 2 고조파를 이용하는 자기 센서의 원리도이다.
도 2에서, 도면 부호 (101) 는 수직 자기 기록 박막 (스핀 정보를 갖는 물체, 즉, 기록 매체) 을 나타내고, 도면 부호 (102) 는 센서 소자를 나타내며, 도면 부호 (103) 은 자성 재료를 나타내고, 도면 부호 (104) 는 주파수 ω를 갖는 레이저광을 나타내고, 그리고 도면 부호 (105) 는 주파수 2ω를 갖는 제 2 고조파를 나 타낸다.
레이저광 (104) 이 자기 센서 소자 (102) 에 입사각 α로 입사한다고 가정하자. 여기서, 센서 소자 (102) 를 구성하는 재료는 자성 재료 (103) 로 가정된다. 자성 재료 (103) 가 수직 자기 기록 박막 (101) 의 하향 자화 (데이터: 0) 또는 상향 자화 (데이터:1) 에 의해 생성된 양 또는 음 자계 (자속 밀도 = B) 를 감지할 때, 자기 도메인의 스핀 방향은 하향 방향 (강자성 재료 (103) 에 대한 x-방향) 또는 상향 방향이다. 자성 재료 (103) 는 주파수 2ω를 갖는 제 2 고조파 (105) 를 생성하며, 제 2 고조파 (105) 의 편광면은 +Φ 또는 -Φ 정도로 회전한다. 편광면의 관찰은 수직 자기 기록 박막 (101) 의 스핀 방향이 검출될 수 있도록 한다. 따라서, 자성 재료 (103) 는 자기 센서 소자 (102) 의 기능을 수행한다.
Pustogowa [Phys. Rev. B49 (1994) 0031] 등은 철 금속 박막을 이용하여, 자성 재료의 계면으로부터 제 2 고조파의 편광면이 회전한다는 것을 이론적으로 예견하였으며, Rasing [Phys. Rev. Lett. 74 (1995) 3692, J. Appl. Phys. 79 (1996) 6181] 등은 스퍼터 (sputter) 박막으로 형성된 Fe/Cr 박막 상에서 제 2 고조파의 편광면의 회전을 관찰하였다.
그 후, 회전각은 34°이었고, 이는 종래 Kerr의 회전각 (0.03°) 보다 훨씬 큰 크기이다. 이 원리는 계면의 형성으로 인한 비대칭성 재료의 도입의 결과로서 제 2 고조파의 생성을 이용한다.
본 발명은 상술한 원리에 관심을 집중하여 자기 센서를 구성한다. 특히, 계면에 대한 그것의 민감도 때문에, 이 원리는 스핀 상태의 모니터에 대해 이용될 수 있다. 또한, 스핀의 방향이 메모리를 구성하는 자화에 의해 생성된 자계에 반응한다는 사실을 이용함으로써, 본 발명은 자기 센서에서 이 원리를 구체화하는데 성공했다.
본질적으로, 제 2 고조파를 이용하는 자기 센서는 비대칭성을 갖는 구조로 형성되기만 하면 된다. 따라서, 원칙적으로, 수 옹스트롬의 크기를 갖는 계면이 형성될 수 있다는 것이 필수적이다. 이는 수 옹스트롬의 크기를 갖는 계면이 자기 센서의 공간 분해능에 제한적 요인이 되며, 그에 의해 수 옹스트롬 영역에서의 자화가 판독되도록 하기 때문이다. 실제로, 실시형태에서 나타난 바와 같이 계면의 편평도 및 박막의 막 두께에 의존할지라도, 자기 센서의 공간 분해능은 궁극적으로 미세한 영역까지 데이터 판독이 가능하도록 한다.
또한, 본 발명에서, 상술한 효과는 이러한 소자를 구성하는 재료가 전기 분극 P를 가질 때, 높아진다는 것이 증명된다. 도 2에서, 분극 P는 z-축으로 향하고, 자화의 방향은 x-축 방향이며, 입사광의 전계 벡터 E가 y-방향 성분을 가질 때, 제 2 고조파가 발생한다. 제 2 차 자화율 χ(2) 는
χyyy(2) = αMxPz 로 표현된다.
즉, Pz의 존재가 χyyy(2) 을 생성한다. 이는 분극을 갖는 재료가 상술한 효과를 높일 수 있다는 것을 나타낸다. 편광면의 회전각은 생성된 자화의 크기에 비례한다. 약한 자계 내에서, 자화의 크기는 실질적으로 외부 자계에 비례 하며, 따라서, 그것은 메모리의 자화가 발생하는 자계 강도에 의존한다.
따라서, 편광면의 획득된 회전각이 크면 클수록, 자계 강도의 검출 가능한 하한은 더 작아질 수 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 수직 자화로, 스핀의 방향은 기록 데이터 0 과 1 사이에서 반대로 된다. 즉, 편광면의 각은 양 및 음의 방향으로 회전한다. 또한, 이는 자화의 방향을 나타내는 신호가 쉽게 판독되도록 한다. 실제 자기 메모리의 자기 도메인으로부터의 누설 자계는 수 에르스텟 (oersteds) 이다. 실시형태에서 나타난 편광면의 매우 큰 회전은 이러한 미세한 누설 자계가 충분히 검출될 수 있도록 한다.
[제 1 실시형태]
초격자 구조를 가지며 자기 센서 소자로 이용되는 구체적인 예가 아래에 나타난다.
도 3 은 본 발명에 따라 초격자 구조를 갖는 LSMO 자기 센서 소자의 구조를 도시하는 단면도이다.
이 초격자는 기판으로서 SrTiO3 (약칭 STO ; 201) 의 (100) 면을 이용한다. 이 기판 (100) 면 상에, La0.6Sr0.4MnO3 (약칭 LSMO ; 202) 의 10 개의 분자 층들이 적층된다. 이 LSMO 층들 상에, LaAlO3 (약칭 LAO ; 203) 의 2 개의 분자층들 및 STO (204) 의 3 개의 분자층들이 적층된다. 단일 층에서 박막 두께는 LSMO (202) 에 대해 3.824 Å, LAO (203) 에 대해 3.750 Å, 및 STO (204) 에 대해 3.905 Å이다. LSMO (202), LAO (203), 및 STO (204) 의 이러한 분자층들로 구성된 구조가 한 단위로 처리되며, 그것의 10 개의 단위가 상술한 구조상에 적층된다. 이 한 단위의 박막의 두께는 57.45 Å이고 10 개 단위의 두께는 574.55 Å이다. 이러한 분자층들의 적층은 레이저 침식 (abrasion) 방법을 이용하여 수행한다. 적층된 층들의 수는 반사 고-에너지 전자 굴절 (reflection high-energy electron diffraction : RHEED) 방법을 이용하는 관찰에 의해 결정된다. 기판으로서 STO (201) 를 이용하는 목적은 기판과 이 기판에 적층된 박막들 사이의 격자 상수에 있어서 미스핏을 줄이는 것이다. 여기서, LSMO (202) 는 강자성 박막이고 그 표면 내에 자화용이축을 갖는다.
도 4 는 본 발명에 따른 초격자 LSMO 자기 센서 소자와 레이저광 사이의 배치 관계를 도시하는 다이어그램이다.
도 4에서, 도면 부호 (301) 은 LSMO 의 상부 계면 구조와 하부 계면 구조가 서로 다르도록 배치한 자기 박막, 즉, 초격자 구조를 갖는 자기 센서 소자를 나타낸다. 도면 부호 (302) 는 주파수 ω를 갖는 입사 레이저광을 나타내고, 도면 부호 (303) 은 주파수 2ω 를 갖는 제 2 고조파를 나타낸다.
입사 레이저광 (302) 으로서, 자기 센서 소자의 표면 내에 존재하는 전계 벡터를 갖는 S-파 편광이 이용된다. 여기서, 입사각은 α로 가정된다. 그 후, 생성된 제 2 고조파 (303) 은 계면의 비대칭성이 존재할 때, p-편광이 된다. 도 3 에 도시된 초격자-구조 자기 센서 소자는 비대칭 구조를 가진다. 특히, 한 종류의 자기 박막 그룹 LSMO (202) 이 주목되며, 그 위의 박막 그룹은 LAO (203) 이고, 그 아래 박막 그룹은 STO (204) 이다. 이 경우에, LSMO (202) 의 상부 계면 구조 및 하부 계면 구조는 서로 다르게 배열된다.
LSMO 위의 박막 그룹이 이와 반대로 STO (204) 인 경우에, 상부 계면으로부터 생성된 제 2 고조파 (303) 및 하부 계면으로부터 생성된 것은 서로 반대의 위상을 가지며 서로 상쇄하여, 제 2 고조파 (303) 는 발생하지 않는다. 즉, 대칭성이 유지되는 계면에서는, 어떠한 제 2 고조파도 발생하지 않는다. 이 실시형태에서 나타난 구조가 비대칭성이기 때문에, 그것은 p-편광의 제 2 고조파 (303) 를 생성한다.
또한, 자화가 LSMO (202) 에서 발생할 때, 생성된 제 2 고조파 (303) 은 s-편광된다. 그 결과, 예시된 실시형태에서 초격자 구조를 포함하는 구조에서, 제 2 고조파 (303) 의 편광면은 비대칭성으로 인한 p-파 및 자화로 인한 s-파의 합성파를 제공한다. 10 개의 기본 단위들을 적층하는 목적은 제 2 고조파 (303) 의 세기 신호를 높이는 것이다. 적층된 박막들의 단위가 입사광 (302) 의 에너지에 대해 투과성인경우, 제 2 고조파 (303) 의 신호 세기는 또한 매우 높을 것이다. 이 실시형태에서, 입사 에너지로서, 1.55 eV가 선택되었다. 제 2 고조파 (303) 의 s 편광 세기는 자화의 세기에 비례하므로, 편광의 회전각은 자화의 세기에 의존한다.
도 5 는 초격자 LSMO 자기 센서 소자 상에서 제 2 고조파의 편광면의 회전 특징을 도시하는 그래프이다. 여기서, 심볼 ● 및 ○은 각각 +0.35 T 및 - 0.35 T의 경우를 나타낸다.
우리 실험에서, 자화는 양 또는 음의 방향 각각을 따라 0.35 Tesla (0.35 T) 의 외부 자계를 인가함으로써 생성되었고, 제 2 고조파의 편광각이 측정되었다.
도 5 는 입사 에너지 = 1.55 eV, 입사각 = 13°, 샘플온도 = 10K 의 조건들 하에서 제 2 고조파 생성 (SHG) 세기 및 편광각의 측정된 예들을 도시한다. (a) B = +0.35T 및 (b) B=-0.35T 일 때, 경우 (a) 와 (b) 사이의 편광-각 상대적 회전각 (polarization-angle relative rotation angle) 2Φ은 33°를 나타내며, 이는 예측한 바와 같이 큰 상대적 회전각이다. 자기 센서 소자에 대해, 분광기가 SHG의 출력광 측에 제공되어야 하고, 이 분광기를 떠나는 광의 세기가 검출되는 것이 필수적이다. 이는 도 1에서 도시된 광자기 Kerr 회전에 의해 자화축을 따라 기억된 "업 스핀" 및 "다운 스핀"을 판독하는 것과 같다.
실제로, 분광기는 45°의 각도로 기운 편광면을 가지며, 따라서 도 6 (c) 및 6 (d) 의 각각에 도시된 바와 같이, 45°에서 신호 세기의 차이는 판독될 수 있다, 즉, +B(45°) 와 -B(45°) 사이의 SHG 세기 차가 판독될 수 있다. 이 SHG 세기 차는 SHG 신호 세기의 최대값에 대하여 대략 50%의 신호 세기 변화를 나타낸다. 따라서, 33°의 편광각의 회전이 매우 큰 신호 변화인 메모리 재생 신호로서 발생하며, 따라서 매우 큰 재생 신호를 제공한다.
도 6 (a) 내지 6 (d) 는 본 발명에 따른 초격자 LSMO 자기 센서 소자에 대한 제 2 고조파의 편광면의 입사각 의존성을 도시하는 다이어그램이다. 도 6 (a) 는 주파수 ω를 갖는 레이저광의 입사각 α1이 26°일 때의, 제 2 고조파의 편광면을 도시하고, 도 6 (b) 는 주파수 ω를 갖는 레이저광의 입사각 α2이 13°일 때의, 제 2 고조파의 편광면을 도시한다. 도 6 (c) 는 편광면의 회전각 Φ와 도 6 (a) 에 대응하는 SH 세기 사이의 관계를 도시하는 특성도 (characteristic view) 이고, 도 6 (d) 는 편광면의 회전각 Φ와 도 6 (b) 에 대응하는 SH 세기 사이의 관계를 도시하는 특성도이다. 도 6 (a)에서는, 주파수 ω를 갖는 레이저광 (401) 이 입사되어, 주파수 2ω를 갖는 제 2 고조파 (402) 가 획득된다. 반면에, 도 6 (b)에서는, 주파수 ω를 갖는 레이저광 (501) 이 입사되어, 주파수 2ω를 갖는 제 2 고조파 (502) 가 획득된다.
편광면의 회전각 Φ은 입사각 α에 의존한다. (도 6 (c) 에서의 삽입도를 보라). 입사각 α가 작으면 작을수록, 편광면의 회전각 Φ 가 더욱 커진다. 따라서, 더 작은 입사각 α가 이롭지만, 그것은 광학적 레이아웃을 고안하는 것을 포함한다. Kerr 회전 (Kerr 효과) 에 의한 공통 자화 검출의 경우와는 달리, 나가는 빛의 에너지는 입사광의 2 배이고, 따라서 적절한 광학적 필터의 사용은 출사광 (exiting light) 의 입사광으로부터의 분리를 가능하게 한다.
입사각 α1이 26°인 편광면의 회전의 온도 의존성은, LSMO 자화의 온도 의존성을 반영한다. 회전각 Φ는 자화의 증가와 함께 증가한다.
도 7 (a) 내지 7 (d) 는 본 발명에 따라 초격자 LSMO 자기 센서 소자에 대한 제 2 고조파의 편광면의 온도 및 자화 의존성을 도시한다. 도 7 (a) 는 온도가 10K이고, +0.35T (●) 와 -0.35T (○) 경우 사이의 회전각의 차가 ±7.9°인 경우를 도시한다. 도 7 (b) 는 온도가 100K이고, +0.35T (●) 와 -0.35T (○) 경우 사이의 회전각의 차가 ±3.6°인 경우를 도시한다. 도 7 (c) 는 온도가 300K이고, +0.35T (●) 와 -0.35T (○) 경우 사이의 회전각의 차가 ±0.2°인 경우를 도시한다. 도 7 (d) 는 자화 (μB/Mn) 및 온도 (K) 사이의 관계를 도시하는 특성도이다. 제 2 고조파의 편광면의 회전각 Φ가 자화의 증가와 함께 증가한다는 것을 알 수 있다.
입사각 α가 13°인 초격자 LSMO에 대해 획득된 결과에 따라, 제 2 고조파의 편광면은 자계의 양 및 음의 방향으로 33°만큼 회전했다. 본 실시형태에서, 이 회전각은 0.35T = 3500 Oe 하에서 획득된다. 이런 식으로, 실험 기기의 제한 때문에 상대적으로 강한 외부 자계가 이용되지만, 이 초격자 재료가 100 Oe의 경우와 동일한 외부 자계의 자화 세기를 나타내는 것을 도 7 (d) 에 도시된 자화 데이터로부터 알 수 있다. 즉, 심지어 100 Oe의 외부 자계에서도, 33°정도인 회전각이 획득될 수 있다. Kerr 회전을 판독하는 현재의 광자기 시스템은 산업적으로 0.1°정도의 회전을 판독할 만큼의 충분한 정확도를 가진다. 수직 자화 박막으로부터의 누설 자계가 1 Oe인 경우, 제 2 고조파의 편광면의 회전각은 0.3°정도가 될 것이다. 이것은 현재의 광자기 시스템이 산업적으로 충분한 식별 정확도를 가지고 있음을 나타낸다.
이 초격자의 박막 두께는 도 3에서 도시된 바와 같이 575 Å 이고, 따라서 최소 검출가능 자화 크기로서, 575 Å 정도의 크기가 가능하다. 실제로, 신호 프로세싱 기술이 진보되었기 때문에, 575 Å 의 약 절반인, 300 Å 정도의 크기도 가능하다. 따라서, 심지어 수 백 옹스트롬의 자화 크기가 검출될 수 있다. 미세 크기에 대해 검출 능력은 상술한 단위의 수를 감소시킴으로써 더욱 개선될 수 있다. 원칙적으로, 심지어 단일 층도 검출될 수 있기 때문에, LSMO의 박막 두께 3.82 Å의 단일 층을 검출할 수 있을지 모른다. 따라서, 단지 옹스트롬 정도의 미세 크기에 대한 검출 능력이 확보될 수 있다.
이 실시형태에서 나타난 온도는 10 K이지만, 제 2 고조파를 이용하는 자기 센서는 충분히 높은 강자성 전이 온도를 갖는 재료를 자성 재료로서 이용하는 초격자 구조를 이용함으로써 실온에서도 충분히 동작할 수 있다.
[제 2 실시형태]
사방정계 결정 GaFeO3가 자기 센서에 병합되는 구체적인 예를 나타낸다.
이 결정은 사방정계 결정 구조를 가지며, 그것은 공간 그룹들의 분류 테이블에 따라 공간 그룹 Pc21n을 가진다. 이 결정은 그것의 자화용이축이 c-축을 구성하고, 그것의 분극축이 b-축을 구성하도록 하는 구조를 가진다. 이 결정 구조, 입사광의 편광 방향, 및 SHG 신호의 배치가 도 8에서 도시된다.
도 8 은 본 발명에 따른 GaFeO3 자기 센서 소자의 결정 구조 및 레이저광 사이의 배치 관계를 도시하는 다이어그램이다. 여기서, 분극축, 즉, GaFeO3 의 b-축이 z-축이 되도록 배열되고, 그것의 자화용이축은 x-축이 되도록 배열된다. 레이저광은 b-축에 평행하게, 즉 z-축 방향을 따라 입사된다.
도 8에서, 도면 부호 (601) 은 GaFeO3 사방정계 결정을 포함하는 자기 센서 소자를 나타내고, 도면 부호 (602) 는 주파수 ω를 갖는 레이저광을 나타내고, 도면 부호 (603) 은 주파수 2ω를 갖는 제 2 고조파를 나타낸다.
GaFeO3는 강자성 특성을 가지고, 그것의 전이 온도는 210K이다. GaFeO3의 자화 M의 온도 의존성은 도 9 (d) 에서 실선으로 도시된다.
도 9 (a) 내지 9 (c) 는 다음 조건들: 온도가 강자성 전이 온도 Tc (210K) 를 초과한 250K (도 9(c)), 온도가 Tc 바로 미만인 180 K (도9(b)), 및 온도가 Tc보다 충분히 작은 100K (도 9 (a)) 에 대해, 입사 에너지 = 1.55 eV, s-편광 입사광 각 = 26°조건하에서, GaFeO3 자기 센서 소자 및 편광면상에서의 SHG 세기에 관한 측정값 결과를 도시한다.
여기서, 자계는 c-축에 평행하게 인가되고, 자계 강도는 실험 장치의 제한 때문에, B = +0.35 T 및 B = -0.35 T로 설정된다.
편광면의 회전각 Φ는 250 K에서 Φ=0, 180 K에서 Φ=±45°, 100 K에서 Φ=±80°이다. 따라서, 회전각 Φ는 큰 값을 나타낸다. 회전각과 온도 사이의 관계는 도 9 (d)에서 심볼 ○을 이용하여 도시한다. 도 9 (d) 에서 알 수 있는 바와 같이, 회전각의 온도 의존성은 GaFeO3의 자화 곡선의 경향을 따른다. 즉, 온도 의존성에 관하여, 편광의 회전각은 이 자기 센서의 자화율을 따른다. 100 K에서 SHG의 편광 회전각은 ±80°(±0.35 T), 즉, 매우 큰 편광 회전각인 편광각 상대적 회전각 2Φ = 160°이 획득되었다. 제 1 실시형태에서 나타난 바와 같이, 실제로 SHG 신호 측 상에 45°의 각도로 제공된 편광기로, 자계의 방향이 판독될 수 있고, 따라서 편광 회전각은 100 K에서 매우 크다. 180 K 정도의 온도가 제공되면, 편광기의 출력 세기는 SHG의 최대 세기의 100 %까지 변할 수 있다. 실제 편광 회전각은 메모리의 자화에 의해 생성된 자계 강도에 의존하며, 회전각은 더 작아진다. 따라서, 자계에 응답하여 회전하는 능력이 높으면 높을수록, 더 좋아진다.
GaFeO3 결정은 부유 영역 용융 방법 (floating zone melting method) (일본 특허출원 제 2002-234708 호) 에 의해 제작된다.
특히, 사방정계 결정 구조를 갖는 단일 결정 Ga2-xFexO3은 Ga2-xFexO3으로 형성되고 상부 및 하부 측에 배치된 샘플 막대들의 전단이 기체 대기에서 상호-초점 위치에 위치한 열원을 이용하여 가열되고, 부유 영역이 Ga2-xFexO3로 형성된 상술한 샘플 막대들의 전단들 사이에 형성되는, 부유 영역 용융 방법에 의해 제작된다.
Ga2-xFexO3는 x=1일 때, 210 K의 Tc를 가진다. x=1.4일 때, Ga2-xFexO3는 360 K의 Tc를 가지며, 따라서 실온에서 상술한 효과를 가진다. 따라서, x=1.4를 갖는 Ga2-xFexO3는 실온에서 이용될 수 있는 자기 센서 소자로서 이용될 수 있다.
본 실시형태에 따른 자기 센서 소자는 단일 결정 박편으로 형성된다. 현재, 단일 결정 박편을 꺼내기 위한 하나의 수단은 필드 이온 빔 (field ion beam : FIB) 장치이다. 이 장치의 용도는 수 백 옹스트롬 정도의 박막 두께를 갖는 100 ㎛ 제곱의 결정 박편을 꺼내어 이 결정 박편을 특정 방위에 맞추어진 상태로 설정하는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 수 백 옹스트롬 정도의 미세 자화 크기에 대한 검출이 가능해진다.
본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 취지 내에서 다양한 변형 및 변화가 가해질 수도 있으며, 이 변형 및 변화는 본 발명의 범위에서 배제되지 않는다는 것을 알 수 있다.
자세히 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라, 종래의 시스템과는 다른 시스템에 의해서 수 백 옹스트롬 영역의 미세 자기 도메인 구조를 검출할 수 있는 자기 센서 소자를 제공할 수 있다. 이 소자는 심지어 수 십 옹스트롬 영역에서도 미세 자기 도메인 구조를 검출할 수 있으며, 이는 자기 기록 장치에서 데이터 재생 장치와 관련된 큰 문제의 해결책을 가져온다. 이는 테라비트의 거대한 자기 메모리 장치가 제공될 수 있게 하며, 그렇게 함으로써 정보 통신 및 광학 컴퓨터에 적합한 거대한 메모리가 제공될 수 있게 한다.
또한, 이 센서 소자는 자기 메모리 용 재생 장치의 애플리케이션에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전류가 제공될 때, 코일이 자계를 형성한다. 이 원리를 이용함으로써, 제 2 고조파의 편광면은 쉽게 제어될 수 있다. 특히, 출력측에 편광기를 제공함으로써, 광은 쉽게 턴 온/오프될 수 있다. 이는 이 센서 소자를 광 통신 네트워크에서의 전류 제어 광학 스위칭 소자에 적용하고 광 변조 소자로서의 기능을 갖는 이 센서 소자를 제공할 수 있게 한다.
또한, 자기 센서가 예를 들어, 한 쪽에 미세 자석을 배치하고 다른 쪽에 여기서 제시된 자기 센서를 장착함으로써, 미세 영역에서 자계를 민감하게 검출할 수 있게 때문에, 본 발명은 또한 개/폐 센서 (예를 들어, 모바일 폰 용 개/폐 센서) 에 적용될 수 있다. 이런 식으로, 본 발명은 자기 메모리에 한정되지 않지만, 또한 광범위의 정보 네트워크에서 기본 소자 용으로 개조될 수 있다.
산업상 이용 가능성
본 발명에 따른 자기 센서는 고 민감성 및 고 공간 분해능을 가지며, 따라서 자기 메모리 용 재생 장치에 적합하다. 또한, 이 자기 센서는 광 통신과 관련된 기본 장치 용으로 개조될 수 있다.

Claims (25)

  1. 스핀 정보를 가지는 본체에 대하여 배치되고, 공간 비대칭성을 가지는 계면 구조를 가지며, 상기 계면을 구성하는 하나의 고체 재료가 자성 재료인 자기 센서 소자; 및
    상기 자기 센서 소자에 작용하는 레이저 빔 조사 수단을 포함하는 자기 센서로서,
    상기 자기 센서는 상기 레이저 빔 조사 수단에 의해 상기 자기 센서 소자에 주파수 ω를 갖는 레이저광을 입사시킴으로써, 상기 자기 센서 소자에서 출사하는 주파수 2ω를 갖는 제 2 고조파의 편광면의 회전각의 변화에 기초하여 상기 스핀 정보를 가지는 상기 본체의 스핀 정보를 판독하는, 자기 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 고조파를 생성하기 위해, 상기 자기 센서 소자의 하나 이상의 자성 재료는 상기 계면이 강자성 재료 (페리-자성 재료를 포함함) 로 구성되는 구조를 포함하는, 자기 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 고조파를 생성하기 위해, 상기 자기 센서 소자의 하나 이상의 재료는 강자성 (페리-자성을 포함함) 박막 재료이고, 다른 재료들은 복수의 박막 재 료들을 이용하여 계면을 구성하는 다층 박막 재료들인, 자기 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 박막 재료들 중에서, 하나 이상은 전이 금속 박막 또는 전이 금속 산화물 박막인, 자기 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 박막 재료들 중에서, 하나 이상은 산화 망간 화합물 박막인, 자기 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 박막 재료들 중에서, 하나 이상은 (A1-xBx) MnO3 (0 ≤x ≤ 1) 이고, 여기서 A 는 Ca, Sr 또는 Ba 과 같은 알칼리-토류 원소, 또는 La 와 같은 희토류 원소, 또는 Y 또는 Bi 원소이고, B 는 A 와 동일하지 않은 원소로서 Ca, Sr 또는 Ba 과 같은 알칼리-토류 원소 또는 La 와 같은 희토류 원소, 또는 Y 또는 Bi 를 포함하는 산화물인, 자기 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 박막 재료들 중에서, 하나 이상의 박막의 재료는 (A1-xBx)MnO3 (0 ≤x ≤ 1) 이고, 나머지 복수의 막들을 포함하는 막 구조가 하나의 단위로 취급되고, 상기 단위를 복수 회 반복하여 형성된 다층 막이 하나 이상의 박막 재료로써 이용되는, 자기 센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 고조파를 생성하기 위하여, 상기 자기 센서 소자의 하나 이상의 박막 또는 결정 박편은 서로 수직인 자화용이축과 분극축을 가지는 재료를 포함하는, 자기 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 고조파를 생성하기 위하여, 상기 자기 센서 소자의 하나의 박막 재료 및 다른 복수의 박막 재료들이 이용되고,
    상기 하나의 박막 재료 및 다른 복수의 박막 재료들 각각은 서로 수직인 상기 자화용이축과 상기 분극축을 가지는, 자기 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 고조파를 생성하기 위하여, 상기 자화용이축과 수직인 전계 성분을 가지는 광이 상기 자기 센서 소자의 재료에 입사되며, 상기 재료는 서로 수직인 상기 자화용이축과 상기 분극축을 가지고, 상기 입사광에 대하여 반사하거나 또는 투과되는 상기 광의 제 2 고조파 성분이 이용되는, 자기 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 자기 센서 소자의 복수의 박막 재료들 중에서, 하나 이상은 전이 금속 박막 또는 전이 금속 산화물 박막인, 자기 센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 자기 센서 소자의 복수의 박막 재료들 중에서, 하나 이상은 산화 망간 화합물 박막인, 자기 센서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 자기 센서 소자의 복수의 박막 재료들 중에서, 하나 이상은 (A1-xBx) MnO3 (0 ≤x ≤ 1) 이고, 여기서 A 는 Ca, Sr 또는 Ba 과 같은 알칼리-토류 원소, 또는 La 와 같은 희토류 원소, 또는 Y 또는 Bi 원소이고, B 는 A 와 동일하지 않은 원소로서 Ca, Sr 또는 Ba 과 같은 알칼리-토류 원소 또는 La 와 같은 희토류 원소, 또는 Y 또는 Bi 를 포함하는 산화물인, 자기 센서.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 자기 센서 소자의 복수의 박막 재료들 중에서, 하나 이상의 박막 재료는 (A1-xBx)MnO3 (0≤ x ≤ 1) 이고, 나머지 복수의 막들을 포함하는 막 구조가 하나의 단위로 취급되고, 상기 단위를 복수 회 반복하여 형성된 다층 막이 하나 이상의 박막 재료로써 이용되는, 자기 센서.
  15. 제 10 항, 제 11 항, 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 센서 소자의 재료들로서 철 산화물 및 철 산화 박막이 이용되고, 상기 재료들 각각은 서로 수직인 상기 자화용이축과 상기 분극축을 가지는, 자기 센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 자기 센서 소자의 재료들로서 Ga2-xFexO3 의 결정 및 박막이 이용되고, 상기 재료들 각각은 서로 수직인 상기 자화용이축과 상기 분극축을 가지는, 자기 센서.
  17. 제 16 항에 있어서,
    사방정계 결정 구조를 가지고 철의 조성을 정의하는 x가 0.7 이상 1.5 이하의 범위내인 Ga2-xFexO3의 결정 및 박막이, 서로 수직인 상기 자화용이축과 상기 분극축을 각각 가지는 상기 자기 센서 소자의 재료들로서 이용되는, 자기 센서.
  18. 제 2 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상하의 SrTiO3 박막들 사이에 상기 자기 센서 소자의 전이 금속 산화 박막을 샌드위치시켜 형성된 다층 구조가 이용되는, 자기 센서.
  19. 제 2 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    SrTiO3 결정은 상기 자기 센서 소자의 복수의 박막 재료들을 지지하기 위한 기판의 재료로서 이용되는, 자기 센서.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상하의 SrTiO3 박막들 사이에 상기 자기 센서 소자의 전이 금속 산화 박막을 샌드위치시켜 형성된 다층 구조가 이용되는, 자기 센서.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상하의 SrTiO3 박막들 사이에 상기 자기 센서 소자의 전이 금속 산화 박막을 샌드위치시켜 형성된 다층 구조가 이용되는, 자기 센서.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상하의 SrTiO3 박막들 사이에 상기 자기 센서 소자의 전이 금속 산화 박막을 샌드위치시켜 형성된 다층 구조가 이용되는, 자기 센서.
  23. 제 15 항에 있어서,
    SrTiO3 결정은 상기 자기 센서 소자의 복수의 박막 재료들을 지지하기 위한 기판의 재료로서 이용되는, 자기 센서.
  24. 제 16 항에 있어서,
    SrTiO3 결정은 상기 자기 센서 소자의 복수의 박막 재료들을 지지하기 위한 기판의 재료로서 이용되는, 자기 센서.
  25. 제 17 항에 있어서,
    SrTiO3 결정은 상기 자기 센서 소자의 복수의 박막 재료들을 지지하기 위한 기판의 재료로서 이용되는, 자기 센서.
KR1020047008369A 2002-08-23 2003-02-14 자기 센서 KR100813449B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002243942 2002-08-23
JPJP-P-2002-00243942 2002-08-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050032023A KR20050032023A (ko) 2005-04-06
KR100813449B1 true KR100813449B1 (ko) 2008-03-13

Family

ID=31944112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020047008369A KR100813449B1 (ko) 2002-08-23 2003-02-14 자기 센서

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7084624B2 (ko)
EP (1) EP1505404B1 (ko)
JP (1) JP4185968B2 (ko)
KR (1) KR100813449B1 (ko)
AU (1) AU2003211223A1 (ko)
WO (1) WO2004019051A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4576629B2 (ja) * 2005-07-29 2010-11-10 独立行政法人科学技術振興機構 光学装置
US7738217B2 (en) * 2006-02-13 2010-06-15 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. EMR magnetic head having a magnetic flux guide and a body formed at a tail end of a slider
US8947080B2 (en) * 2007-12-03 2015-02-03 President And Fellows Of Harvard College High sensitivity solid state magnetometer
US7881006B2 (en) * 2008-02-08 2011-02-01 Seagate Technology Llc Long-term asymmetry tracking in magnetic recording devices
US9348000B1 (en) * 2012-12-20 2016-05-24 Seagate Technology Llc Magneto optic kerr effect magnetometer for ultra-high anisotropy magnetic measurements
JP5995923B2 (ja) * 2014-08-06 2016-09-21 古河電気工業株式会社 光ファイバ母材および光ファイバの製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4633338A (en) * 1983-09-05 1986-12-30 Sony Corporation Magneto-optical recording and reproducing apparatus having a magnetization direction detecting apparatus for a magnetic recording medium
JP2004006589A (ja) * 2002-03-28 2004-01-08 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2517831A2 (fr) * 1981-12-04 1983-06-10 Thomson Csf Tete de mesure pour magnetometre et magnetometre comprenant une telle tete
US5038103A (en) * 1985-04-22 1991-08-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Optical fiber magnetometer
FR2621412B1 (fr) * 1987-10-05 1990-09-14 Bull Sa Dispositif de lecture optique et d'ecriture magnetique d'un support d'informations
DE69029048T2 (de) * 1989-04-19 1997-03-20 Hitachi Ltd Magnetooptische Aufzeichnungs- und Wiedergabeverfahren, magnetooptische Speichervorrichtung
CA2036890C (en) * 1990-02-28 1996-02-13 Hiroyuki Katayama Magneto-optic recording disk and method of reproducing recorded signals
US5784347A (en) * 1995-02-13 1998-07-21 Hitachi, Ltd. Optical disk device having optical phase compensator
US6134011A (en) * 1997-09-22 2000-10-17 Hdi Instrumentation Optical measurement system using polarized light

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4633338A (en) * 1983-09-05 1986-12-30 Sony Corporation Magneto-optical recording and reproducing apparatus having a magnetization direction detecting apparatus for a magnetic recording medium
JP2004006589A (ja) * 2002-03-28 2004-01-08 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003211223A8 (en) 2004-03-11
EP1505404B1 (en) 2011-01-12
US7084624B2 (en) 2006-08-01
EP1505404A4 (en) 2009-04-22
KR20050032023A (ko) 2005-04-06
US20050012937A1 (en) 2005-01-20
JP4185968B2 (ja) 2008-11-26
AU2003211223A1 (en) 2004-03-11
JPWO2004019051A1 (ja) 2005-12-15
WO2004019051A1 (ja) 2004-03-04
EP1505404A1 (en) 2005-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6650513B2 (en) Magnetic devices with a ferromagnetic layer having perpendicular magnetic anisotropy and an antiferromagnetic layer for perpendicularly exchange biasing the ferromagnetic layer
US8483019B2 (en) Magneto-optical device with an optically induced magnetization
CN1997515A (zh) 基于交换偏置的多状态磁存储器和逻辑器件以及磁稳定的磁存储器
JP3249052B2 (ja) 磁気抵抗効果素子およびその製造方法とその素子を備えた磁気ヘッド
US3928870A (en) Magneto-optical processes and elements using tetrahedrally coordinated divalent cobalt-containing magnetic material
KR100813449B1 (ko) 자기 센서
US3680065A (en) Nonvolatile magneto-optical memory element and a method of writing thereon
WO1999050833A1 (fr) Procede et appareil d'enregistrement magnetique
JP2000307171A (ja) 磁気デバイスのピン止め層
US7485937B2 (en) Tunnel junction device
EP0622791A1 (en) Composite magneto-optic memory and media
US5116693A (en) Unique system of FE/PD for magneto-optical recording and magnetic switching devices
JP4133687B2 (ja) トンネルジャンクション素子
US6985276B2 (en) Magnetooptic element exploiting spin chirality
JPS62184644A (ja) 光磁気メモリ用媒体及び該媒体を使用した記録方法
JP4044030B2 (ja) 磁気センサー装置
US5534360A (en) Amorphous uranium alloy and use thereof
JP2000340859A (ja) 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、及びメモリ−素子
JPH11330585A (ja) 磁化制御方法、磁気機能素子、情報記録方法、情報記録素子及び可変抵抗素子
SU1095236A1 (ru) Магнитный носитель информации
JP2000306375A (ja) 磁気抵抗素子及び磁気メモリ素子
JP2000299517A (ja) 磁気抵抗素子及び磁気メモリ素子
JPH11203740A (ja) 光磁気記録媒体及び光磁気記録装置
JPH06162582A (ja) 光磁気記録媒体
Tickle Thin magnetic film storage devices.

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee