KR101018266B1 - 자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 오실레이터 및 이를 이용한 교류신호 생성방법 - Google Patents

자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 오실레이터 및 이를 이용한 교류신호 생성방법 Download PDF

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Abstract

자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 오실레이터 및 이를 이용한 교류신호 생성방법이 개시된다. 본 발명에 따른 오실레이터는 자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 자유층과, 자유층의 일측에 배치되며 상면과 직교하는 방향의 성분을 갖도록 자화가 배열되어 있는 편향층과, 자유층과 상기 편향층 사이에 배치되며 전도성 물질로 이루어진 비자기층을 구비한다. 본 발명에 따른 오실레이터는 새로운 형태의 오실레이터로서, 간단한 구조를 가지므로, 제조가 간단하고, 신뢰성이 우수한 오실레이터의 제조가 가능하다.
오실레이터, 자기소용돌이, 거대자기저항, 터널링자기저항

Description

자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 오실레이터 및 이를 이용한 교류신호 생성방법{Oscillator formed magnetic vortex and method for generating AC signal using the oscillator}
본 발명은 오실레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 오실레이터에 관한 것이다.
기가헤르쯔(~109 Hz) 대역은 분자광학, 생물물리학, 의학, 분광학, 영상 처리 및 보안 등의 응용 분야에서 중요성이 매우 커지고 있다. 그러나, 기가헤르쯔 대역의 중요성에도 불구하고, 여러 가지 물리적, 공학적 한계로 인하여 현재까지 개발되어 있는 기가헤르쯔 오실레이터나 증폭기가 거의 없는 형편이었다. 최근에 와서, 여러 가지 새로운 개념과 미세 가공 기술의 발달로 그 개발이 한창 진행되고 있으며, 기가헤르쯔 오실레이터를 개발하기 위하여 여러 가지 방법이 시도되고 있다.
그 결과, 금속 격자를 이용하는 Smith-Purcell 복사 구조, 광 밴드갭 결정(photonic band gap crystal) 구조, 공동 공진기(cavity resonator) 구조, 도파 관(waveguide) 구조 등을 이용한 기가헤르쯔 오실레이터가 연구되고 있다.
그러나 상기와 같은 구조의 기가헤르쯔 오실레이터의 경우, 크기를 작게 하면 전자빔의 전류가 매우 낮아서 기가헤르쯔 대역 전자파의 발진이나 증폭이 용이하지 않다. 효율 면에서 보면, 방출 전류를 크게 하기 위해서는 오실레이터의 수명이 짧아지는 문제점이 있다.
따라서 새로운 형태의 기가헤르쯔 오실레이터의 필요성이 점차 증가하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기막을 이용하여, 간단한 구조의 오실레이터를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 전류를 인가하여 자기막에 형성되어 있는 자기소용돌이를 회전시킴으로써 간단한 방법으로 교류신호를 생성하는 방법을 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 오실레이터는 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자유층; 상기 자유층의 일측에 배치되며, 상면과 직교하는 방향의 성분을 갖도록 자화가 배열되어 있는 편향층; 및 상기 자유층과 상기 편향층 사이에 배치되며, 전도성 물질로 이루어진 비자기층;을 구비한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 교류신호 생성방법은 자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 자유층과, 상기 자유층의 일측에 배치되며 상면과 직교하는 방향의 성분을 갖도록 자화가 배열되어 있는 편향층과, 상기 자유층과 상기 편향층 사이에 배치되며 전도성 물질로 이루어진 비자기층을 구비하는 오실레이터를 준비하는 단계; 상기 오실레이터를 관통하는 전류를 인가하여, 상기 자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 회전시키는 단계; 및 상기 자기소용돌이 코어의 회전을 통해 교류신호를 생성하는 단계;를 갖는다.
본 발명에 따른 오실레이터는 새로운 형태의 오실레이터로서, 간단한 구조를 가지므로, 제조가 간단하고, 신뢰성이 우수한 오실레이터의 제조가 가능하다. 그리고 본 발명에 따른 오실레이터에 별도의 자기장 인가 없이 직류 전류만을 인가하여 서브 기가헤르쯔 또는 기가헤르쯔 정도의 교류신호를 생성하는 것이 가능하다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 오실레이터 및 이를 이용한 교류신호 생성방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 오실레이터에 대한 바람직한 일 실시예의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 오실레이터(100)는 자유층(130), 편향층(150), 비자기층(140), 고정층(110) 및 중간층(120)을 구비한다.
자유층(130)은 판상의 형상의 자기막으로서 강자성체로 이루어진다. 그리고 자유층(130)에는 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있다. 자유층(130)은 강자성체인 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 철-니켈 합금(permalloy), 철-코발트 합금(permendur), 철-니켈-코발트 합금(perminvar), 철-니켈-몰리브덴 합금(supermalloy) 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 강자성체로 이루어진 자기막은 자기막의 형상(geometry)에 따라 자화 상태가 여러 가지 형태로 배열될 수 있는데, 이를 도 2에 나타내었다.
도 2는 자기막의 구성 물질이 철-니켈 합금이고, 자기이방성상수(magnetic anisotropy, Ku)가 무시할 수 있을 정도로 작으며, 자기막이 원판의 형상을 가지는 경우에 자기막의 두께와 직경에 따라 자기막에 형성된 자화상태의 변화를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 원판 형상의 자기막의 자화상태는 자기막의 직경과 두께에 의해 결정된다. 도 2의 영역 1에 해당하는 두께와 직경을 가지는 자기막에는 자기막의 상면과 평행하게 자화상태가 배열된 단일자구(single magnetic domain)가 형성된다. 그리고 도 2의 영역 3에 해당하는 두께와 직경을 가지는 자기막에는 자기막의 상면에 수직한 방향으로 자화상태가 배열된 단일자구가 형성된다. 그리고 도 2의 영역 2에 해당하는 두께와 직경을 가지는 자기막에는 자기소용돌이가 형성된다. 도 2는 철-니켈 합금으로 이루어진 자기막에 대해서 도시하였으나, 그 외의 강자성 물질로 이루어진 자기막의 경우도 이와 유사하다. 또한 자기막이 원판 형상이 아닌, 예컨대, 타원판이나 사각판 형상인 경우에도 자기막의 형상(자기막의 크기 및 두께)에 의해 자기막의 자화상태가 결정된다.
따라서 자유층(130)에는 자기소용돌이가 형성되어야 하므로, 자유층(130)이 원판의 형상인 경우에는 도 2의 영역 2에 해당되는 두께와 직경을 갖도록 자유층(130)이 형성된다.
이때 자유층(130)의 자화 배열 상태를 도 3에 개략적으로 나타내었다. 도 3에 도시된 바와 같이, 자기소용돌이(310)는 자유층(130)의 중앙부분에 자유층(130)의 상면에 수직한 방향의 자화 성분을 가지는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)(320)를 가진다. 그리고 자기소용돌이 코어(320)의 주변에 자유층(130)의 상면과 평행한 방향의 회전하는 자화 성분인 수평자화(330)를 가진다. 이 수평자화(330)는 자기소용돌이 코어(320)를 중심으로 하여 동심원의 형태를 이룬다. 이 수평자화(330)는 자유층(130)의 상면에 대하여 시계 방향으로 회전하도록 배열되거나 반시계 방향으로 회전하도록 배열된다. 도 3에는 수평자화(330)가 자유층(130)의 상면에 대하여 시계 방향으로 회전하도록 배열된 경우를 도시하였다. 그리고 자기소용돌이 코어(320)의 수직자화는 자유층(130)의 상면에 대해 위쪽 방향이나 아래쪽 방향으로 형성된다. 도 3에는 자기소용돌이 코어(320)의 수직자화가 자유층(130)의 상면에 대해 위쪽 방향으로 형성된 경우를 도시하였다.
편향층(150)은 판상의 형상으로 강자성체로 이루어지고, 자유층(130)의 일측에 배치된다. 편향층(150)은 강자성체인 코발트, 철, 니켈, 철-니켈 합금, 철-코발트 합금, 철-니켈-코발트 합금, 철-니켈-몰리브덴 합금 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 그리고 편향층(150)의 자화 중 적어도 일부는 편향층(150)의 상면과 직교하는 방향의 성분을 갖도록 배열된다. 이를 위해, 편향층(150)의 자화는 편향층(150)의 상면에 경사지게 배열될 수도 있으나, 바람직하게는 편향층(150)의 상면과 직교하게 배열된다. 더욱 바람직하게는 편향층(150)에는 단일자구가 형성되며, 단일자구의 자화 방향은 도 1의 화살표로 나타낸 바와 같이 편향층(150)의 상면과 직교하는 방향이 되도록 자화가 배열될 수 있다. 즉, 도 2의 영역 3에 해당하는 두께와 직경을 갖도록 편향층(150)이 형성된다. 이때 편향층(150)의 자화 방향은 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향과 서로 반대가 되도록 하는 것이 바람직하다. 편향층(150)이 이와 같은 자화 배열을 갖게 되면, 오실레이터(100)를 관통하는 전류가 인가됨으로 인해, 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어가 회전하게 된다. 이러한 자기소용돌이 코어(320)의 회전운동을 통해 오실레이터(100)가 교류신호를 생성하게 된다.
비자기층(140)은 자유층(130)과 편향층(150) 사이에 배치되어, 오실레이터(100)를 관통하는 전류가 인가될 때, 편향층(150)에 배열되어 있는 자화 상태가 자유층(130)에 영향을 미치게 하는 역할을 하는 것으로서, 비자기를 띄는 전도성 물질로 이루어진다. 비자기층(140)은 비자기를 띄는 전도성 물질인 티타늄(Ti), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 비자기층(140)의 양측면 중 자유층(130)과 마주보는 일면의 면적은 자유층(130)의 일면의 면적보다 작게 형성될 수 있다. 이와 같이 자유층(130)의 일부분만이 비자기층(140)과 접촉되도록 비자기층(140)이 형성된다면, 오실레이터(100)를 관통하는 전류가 인가될 때, 자유층(130)의 일정 영역에만 편향층(150)의 자화가 영향을 미치게 된다. 자유층(130)의 일정 영역에만 편향층(150)의 자화가 영향을 미치게 되면, 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이가 그 일정 영역 밖으로 이동하기가 어렵게 된다. 즉, 큰 전류가 인가되더라도 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어가 일정한 주기를 가지며 상당히 긴 시간 동안 회전하게 되어, 오실레이터(100)가 오랜 시간 동안 교류신호를 생성할 수 있게 된다.
상술한 효과를 크게 하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이 비자기층(140)은 상면과 하면의 면적이 동일한 판상의 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 이때, 서로 마주보는 편향층(150)의 일면과 비자기층(140)의 일면의 면적이 동일하게 할 수 있다.
그리고 도 4에 도시된 바와 같이 자유층(130)과 서로 마주보는 비자기층(140)의 일면의 중심축(가상선 A)이 자유층(130)의 중심축(가상선 B)와 이격되도록 비자기층(140)이 배치될 수 있다. 이와 같이 비자기층(140)의 중심축(A)과 자유층(130)의 중심축(B)이 이격되면, 자유층(130)의 중심에 배치된 자기소용돌이 코어와 비자기층(140)의 중심축(A) 또한 서로 이격되게 배치된다. 오실레이터(100)를 관통하는 전류를 인가하여 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 회전시키려면, 초기에 자기소용돌이 코어를 이동시키는 과정이 필요한데, 비자기층(140)의 중심축(A)과 자기소용돌이 코어가 이격되게 배치되면, 자기소용돌이 코어를 이동시키는 초기 과정을 생략할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 비자기층(140)의 면적을 자유층(130)과 동일하게 하고, 편향층(150)의 면적만을 작게 하여, 편향층(150)의 자화가 자유층(130)의 일정 영역에만 효과를 미치도록 편향층(150)이 형성될 수 있다.
고정층(110)은 판상의 형상으로 강자성체로 이루어지고, 자유층(130)의 타측에 배치된다. 고정층(110)은 강자성체인 코발트, 철, 니켈, 철-니켈 합금, 철-코발 트 합금, 철-니켈-코발트 합금, 철-니켈-몰리브덴 합금 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 고정층(110)은 거대자기저항(giant magneto resistance, GMR) 또는 터널링자기저항(tunneling magneto resistance, TMR)을 측정하기 위한 기준자화를 제공한다. 이를 위해, 고정층(110)에는 고정층(110)의 상면과 평행하게 자화상태가 배열된 단일자구가 형성된다. 거대자기저항 값 또는 터널링자기저항 값을 크게 하기 위해, 도 6에 도시된 바와 같이 고정층(110)의 상면의 크기는 자유층(130)의 상면의 크기보다 작게 되도록 고정층(110)이 형성될 수 있다.
중간층(120)은 판상의 형상으로 이루어지고, 자유층(130)과 고정층(110) 사이에 배치된다. 오실레이터(100)가 거대자기저항을 측정하여 교류신호를 생성하는 경우, 중간층(120)은 비자기를 띄는 전도성 물질로 이루어진다. 이때의 중간층(120)은 티타늄, 금, 구리, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 그리고 오실레이터(100)가 터널링자기저항을 측정하여 교류신호를 생성하는 경우, 중간층(120)은 절연성 물질로 이루어진다. 이때의 중간층(120)은 터널링자기저항 효과가 잘 나타나는 마그네슘 산화막(MgO), 알루미늄 산화막(Al2O3), 스트론튬-티타늄 산화막(SrTiO3, STO) 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 참고적으로, 후술하는 교류신호 생성방법은 상술한 도 1에 도시된 오실레이터(100)를 이용해서 구현하는 것으로 설명하겠지만, 자기소용돌이가 형성된 자유층, 수직자화가 형성된 편향층 및 자유층과 편향층 사이에 배 치된 비자기층을 구비하는 오실레이터이면 다른 오실레이터를 이용해도 된다.
도 7을 참조하면, 우선 자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 자유층(130)과, 자유층(130)의 일측에 배치되며 적어도 일부가 상면과 직교하는 방향의 성분을 포함하도록 자화가 배열되어 있는 편향층(150)과, 자유층(130)과 편향층(150) 사이에 배치되며 전도성 물질로 이루어진 비자기층(140)을 구비하는 오실레이터(100)를 준비한다(S610). 이때 오실레이터(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 중간층(120) 및 고정층(110)을 더 구비할 수 있다. 그리고 편향층(140)에는 편향층(140)의 상면과 직교하는 방향으로 자화가 배열된 단일자구가 형성될 수 있다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이 서로 마주보는 자유층(130)의 일면과 비자기층(140)의 일면 중, 자유층(130)의 일면의 면적이 비자기층(140)의 일면의 면적보다 큰 오실레이터(100)를 준비할 수 있다.
다음으로, 오실레이터(100)를 관통하는 전류를 인가하여 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 회전시킨다(S620). 이때 오실레이터(100)를 관통하는 전류는 자유층(130)의 상면과 직교하는 방향을 가질 수 있다. 그리고 오실레이터(100)를 관통하는 전류는 직류를 인가하는 것이 바람직하다. S620 단계 수행시 오실레이터(100)에 자기장을 추가적으로 인가하여, 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 회전주기를 변경할 수 있다.
오실레이터(100)를 관통하는 전류를 인가하면, 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어가 회전하게 되는데, 시간에 따른 자기소용돌이 코어의 위치(X)는 수학식 1로써 표현된다.
Figure 112009018166791-pat00001
여기서, X는 자기소용돌이 코어의 위치를 나타내는 벡터이고, X0는 자기소용돌이 코어의 초기 위치를 나타내는 벡터이며, t는 시간을 나타낸다.
수학식 1에 나타낸 바와 같이, 자기소용돌이 코어는
Figure 112009018166791-pat00002
값에 해당하는 주파수를 가지고 회전하게 된다. 자유층(130)이 반경이 R이고, 두께가 L인 원판의 형상으로 형성되는 경우,
Figure 112009018166791-pat00003
와
Figure 112009018166791-pat00004
값은 각각 수학식 2와 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112009018166791-pat00005
Figure 112009018166791-pat00006
여기서, j0는 인가된 전류의 전류밀도이고, G, D,
Figure 112009018166791-pat00007
,
Figure 112009018166791-pat00008
(intrinsic stiffness coefficient) 및 aT는 각각 수학식 4 내지 수학식 8과 같이 표현된다.
Figure 112009018166791-pat00009
Figure 112009018166791-pat00010
Figure 112009018166791-pat00011
Figure 112009018166791-pat00012
Figure 112009018166791-pat00013
여기서, R과 L은 각각 상술한 바와 같이 자유층(130)의 반경 및 두께이다. 그리고 Ms는 자유층(130)의 포화자화(saturation magnetization)값으로, 자유층(130)을 구성하는 물질에 의해 결정되는 값이다.
이때,
Figure 112009018166791-pat00014
는 댐핑계수(damping coefficient)이고,
Figure 112009018166791-pat00015
는 자이로마그네틱 비율상수(gyromagnetic ratio)이다.
Figure 112009018166791-pat00016
(댐핑계수)와
Figure 112009018166791-pat00017
(자이로마그네틱 비율상수)는 자유층(130)을 이루는 물질에 따라 변하는 값으로, 자유층(130)을 이루는 물질이 퍼멀로이일 경우,
Figure 112009018166791-pat00018
는 약 0.01 정도의 값을 갖고,
Figure 112009018166791-pat00019
는 약 17.6 MHz/Oe 정도의 값을 갖는다. h는 플랑크 상수로서 6.6260755×10-34Js이다.
Figure 112009018166791-pat00020
는 진공에서의 투자율(magnetic permeability)로서 cgs 단위하에서 1의 값을 갖는다. e는 전자의 전하량으로 -1.6×10-19C이다. 그리고 Rc는 자기소용돌이 코어의 임계 반지름(magnetic vortex core critical radius)으로, 자기소용돌이 코어 자체의 반지름을 의미한다. Rc는 자유층(130)의 구성 물질, 반경 및 두께에 의해 결정되는 값으로, 자유층(130)의 반경(R)과 비교할 때 현저하게 작은 값에 해당한다.
P는 편향층(150)을 통과한 전자의 스핀의 스핀 배열정도(degree of polarization)를 나타내는 인자로, 편향층(150)을 통과한 전자 모두가 편향층(150)의 스핀 방향과 동일하게 배열되는 경우 P는 1이고, 편향층(150)을 통과한 전자 모두가 편향층(150)의 스핀 방향과 서로 다르게 배열되는 경우 P는 0이다.
설명의 편의상 자유층(130)의 상면과 직교하며 자유층(130)에서 편향층(150)을 향하는 방향을 +z 방향, 편향층(150)에서 자유층(130)을 향하는 방향을 -z 방향이라고 정의한다.
p는 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 방향을 나타내는 인자로, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 +z 방향인 경우 p는 1이고, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 -z 방향인 경우 p는 -1이다. ip는 인가되는 전류의 방향을 나타내는 인자로, 인가되는 전류의 방향이 +z 방향인 경우 ip는 1이고, 인가되 는 전류의 방향이 -z 방향인 경우 ip는 -1이다. c는 자기소용돌이 코어의 주변에 자유층(130)의 상면과 평행하게 형성된 수평자화의 방향성을 나타내는 인자로, 수평자화가 자유층(130)의 상면에 반시계 방향으로 배열된 경우 c는 +1이고, 수평자화가 자유층(130)의 상면에 시계 방향으로 배열된 경우 c는 -1이다. 그리고 Spol은 편향층(150)의 자화배열 방향을 나타내는 인자로, 편향층(150)의 자화배열 방향이 +z 방향인 경우 Spol은 +1이고, 편향층(150)의 자화배열 방향이 -z 방향인 경우 Spol은 -1이다.
오실레이터(100)가 자유층(130), 비자기층(140) 및 편향층(150)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 때, p, ip, c 및 Spol 값을 도 8에 나타내었다.
도 8을 참조하면, 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 위쪽 방향이면 p는 1, 아래쪽 방향이면 p는 -1이다. 자유층(130)에 형성되어 있는 수평자화가 반시계 방향으로 배열되면 c는 +1, 시계 방향으로 배열되면 c는 -1이다. 편향층(150)에 형성되어 있는 수직자화 방향이 위쪽 방향이면 Spol이 +1, 아래쪽 방향이면 Spol이 -1이다. 그리고 인가된 전류(j0)가 위쪽 방향이면 ip가 +1, 아래쪽 방향이면 ip가 -1이다.
G, D,
Figure 112009018166791-pat00021
,
Figure 112009018166791-pat00022
, aT, p, c 및 Spol은 전류의 인가로 인해 변화되는 값들이 아니다. │G│, D,
Figure 112009018166791-pat00023
및
Figure 112009018166791-pat00024
는 자유층(130)의 구성 물질, 반경 및 두께에 정해지는 값들이고, aT는 자유층(130)과 편향층(150)의 구성 물질에 의해 정해지는 값이며, p와 c는 자유층(130)의 자화 배열에 따라 정해지는 값이고, Spol은 편향층(150)의 자화 배열에 따라 정해지는 값이다. 따라서 오실레이터(100)가 제조되면, G, D,
Figure 112009018166791-pat00025
,
Figure 112009018166791-pat00026
, aT, p, c 및 Spol 값은 결정되므로,
Figure 112009018166791-pat00027
과
Figure 112009018166791-pat00028
는 인가되는 전류의 전류밀도(j0)와 전류의 방향에 의해 결정된다. 인가된 전류의 전류밀도에 따른
Figure 112009018166791-pat00029
값을 도 9 및 도 10에 나타내었다.
도 9는 p=+1, Spol=±1일 때의 전류밀도(j0)에 따른
Figure 112009018166791-pat00030
값을 나타낸 도면이고, 도 10은 p=-1, Spol=±1일 때의 전류밀도(j0)에 따른
Figure 112009018166791-pat00031
값을 나타낸 도면이다. 도 9 및 도 10의
Figure 112009018166791-pat00032
값은 자유층(130)이 반경이 150nm, 두께가 20nm인 퍼멀로이로 이루어지고, P(degree of polarization)가 0.7인 경우이다.
참조번호 810, 820, 910 및 920으로 표시된 그래프들은 수학식 2의 결과로부터 얻어진 그래프들이고, 참조번호 830, 840, 930 및 940으로 표시된 그래프들은 시뮬레이션한 결과로부터 얻어진 그래프들이다. 그리고 참조번호 810, 830, 910 및 930으로 표시된 그래프들은 c·ip 값이 +1인 경우이고, 참조번호 820, 840, 920 및 940으로 표시된 그래프들은 c·ip 값이 -1인 경우이다.
도 9 및 도 10으로부터 수학식 2의 결과와 시뮬레이션한 결과가 유사함을 알 수 있다. 그리고 모든 경우에
Figure 112009018166791-pat00033
값이 수 기가헤르쯔(GHz)의 값을 가짐을 알 수 있다. 이와 같이 오실레이터(100)를 관통하는 전류를 인가하면 자기소용돌이 코어가 수 기가헤르쯔(GHz)의 회전 주파수를 갖고 회전하게 됨을 알 수 있다. 그리고 이러한 회전 주파수는 인가된 전류밀도(j0)를 조절함으로써 적절히 선택될 수 있는 값이다. 따라서 자기소용돌이 코어의 회전으로부터 교류신호를 생성하게 되면, 손쉽게 다양한 기가헤르쯔의 교류신호를 생성하는 것이 가능하게 된다.
자기소용돌이 코어의 회전 주파수는
Figure 112009018166791-pat00034
값에 의해 결정되지만 수학식 1을 살펴보면, 자기소용돌이 코어의 위치는
Figure 112009018166791-pat00035
값에 의해 좌우된다. 인가된 전류밀도에 따른
Figure 112009018166791-pat00036
값을 도 11 및 도 12에 나타내었다. 도 11 및 도 12의
Figure 112009018166791-pat00037
값은 자유층(130)이 반경이 150nm, 두께가 20nm인 퍼멀로이로 이루어지고, P(degree of polarization)가 0.7인 경우이다.
참조번호 1010, 1020, 1110 및 1120으로 표시된 그래프들은 수학식 3의 결과로부터 얻어진 그래프들이고, 참조번호 1030, 1040, 1130 및 1140으로 표시된 그래프들은 시뮬레이션한 결과로부터 얻어진 그래프들이다. 그리고 참조번호 1010, 1030, 1110 및 1130으로 표시된 그래프들은 c·ip 값이 +1인 경우이고, 참조번호 1020, 1040, 1120 및 1140으로 표시된 그래프들은 c·ip 값이 -1인 경우이다.
도 11 및 도 12로부터 수학식 3의 결과와 시뮬레이션한 결과가 유사함을 알 수 있다. 그리고
Figure 112009018166791-pat00038
값은 c·ip 값에는 큰 영향을 받지 않음을 알 수 있다. 또한, p·Spol이 -1인 경우(도 9)에는
Figure 112009018166791-pat00039
값이 0이 되는 전류밀도 값이 존재하나, p·Spol이 +1인 경우(도 10)에는
Figure 112009018166791-pat00040
값이 0이 되는 전류밀도 값이 존재하지 않는다. 이는 수학식 3으로부터도 알 수 있다. p·Spol이 +1이면 B 값이 항상 음수가 되고, 전류밀도(j0)는 항상 양수 값을 가지므로,
Figure 112009018166791-pat00041
값은 항상 음수가 된다. 따라서 p·Spol이 +1이면
Figure 112009018166791-pat00042
값이 0이 되는 전류밀도 값이 존재하지 않는다.
Figure 112009018166791-pat00043
값이 0이 되는 전류를 인가하면, 자기소용돌이 코어의 위치(X)는 수학식 9와 같이 표현된다.
Figure 112009018166791-pat00044
즉, 자기소용돌이 코어는 회전 궤도 반경의 변화가 없는 회전운동(steady-state gyromotion)을 하게 된다.
Figure 112009018166791-pat00045
값이 0에 해당하는 전류를 임계전류(jcri)라고 한다. 임계전류(jcri)를 수학식 10에 나타내었다.
Figure 112009018166791-pat00046
도 13 내지 도 15는 오실레이터(100)를 관통하는 전류를 인가할 때, 자기소용돌이 코어의 거동을 나타내는 도면들이다. 도 13은 인가된 전류가 임계전류보다 큰 경우이고, 도 14는 인가된 전류가 임계전류보다 작은 경우이며, 도 15는 인가된 전류가 임계전류와 같은 경우이다.
인가된 전류가 임계전류보다 크면
Figure 112009018166791-pat00047
값이 양수가 되어, 도 13에 도시된 바와 같이 자기소용돌이 코어는 반경이 커지는 나선운동을 하게 된다. 자기소용돌이 코어가 반경이 커지는 나선운동을 하게 되면, 자기소용돌이 코어는 점점 자유층(130)의 중심에서 벗어나 주변부로 이동하게 되어 스위칭이 일어나게 된다. 그리고 인가된 전류가 임계전류보다 작으면
Figure 112009018166791-pat00048
값이 음수가 되어, 도 14에 도시된 바와 같이 자기소용돌이 코어는 반경이 작아지는 나선운동을 하게 된다. 자기소용돌이 코어가 반경이 작아지는 나선운동을 하게 되면, 자기소용돌이 코어는 점점 자유층(130)의 중심부로 이동하여 회전을 멈추게 된다.
인가된 전류가 임계전류와 같으면
Figure 112009018166791-pat00049
값이 0이 되어, 도 15에 도시된 바와 같이 자기소용돌이 코어는 회전 궤도 반경의 변화가 없는 회전운동(steady-state gyromotion)을 하게 된다. 따라서 교류신호를 오랜 시간 동안 생성하기 위해서는 임계전류에 해당하는 전류를 인가하는 것이 바람직하다.
Figure 112009018166791-pat00050
, D 및 B 값들은 모두 모두 자유층(130)의 구성 물질, 반경, 두께 및 자화 방향과 편향층(150)의 구성물질 및 자화 방향에 의해 정해지는 값들이고 임계전 류(jcri)는
Figure 112009018166791-pat00051
, D 및 B에 의해 결정되므로, 오실레이터(100)가 제조되면 임계전류가 결정되게 된다. 다만 상술한 바와 같이 p·Spol이 +1이 되면,
Figure 112009018166791-pat00052
값이 항상 음수가 되므로, p·Spol 값은 -1이 되도록 하여야 할 것이다. 즉 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향과 편향층(150)에 형성되어 있는 수직자화 방향이 서로 반대방향이 되도록 하여야 할 것이다.
p·Spol 값은 -1이 되도록 오실레이터(100)가 제조되면, 이로부터 임계전류를 계산하여, 임계전류에 해당하는 전류를 오실레이터(100)에 관통하도록 인가하면, 추가 에너지를 인가하지 않아도 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어가 지속적인 회전운동(steady-state gyromotion)을 하게 된다.
도 16 및 도 17은 자유층(130)의 두께 및 반경에 따른 임계전류를 나타내는 도면들이고, 도 18 및 도 19는 임계전류가 인가되는 경우 자유층(130)의 두께 및 반경에 따른 회전 주파수를 나타내는 도면들이다. 여기서 자유층(130)과 편향층(150)은 퍼멀로이가 사용되었고, p·Spol=-1, P(degree of polarization)=0.7이다. 자유층(130)에는 자기소용돌이 구조가 형성되어야 하므로, 도 16 내지 도 19에 표시된 점선은 도 2의 영역 2와 다른 영역(영역 1, 3)을 구분하는 선에 해당한다. 도 16 및 도 18은 c·ip가 +1인 경우이고, 도 17 및 도 19는 c·ip가 -1인 경우이다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 자유층(130)의 두께(L)와 반경(R)이 정해지면, 임계전류(jcri) 값이 결정됨을 알 수 있다. 그리고 임계전류 값은 c·ip 값에 크게 영향을 받지 않음을 알 수 있다. 자유층(130)의 두께(L) 및 반경(R)과 이로부터 도출된 임계전류 값을 수학식 2에 대입하면 자기소용돌이 코어의 회전 주파수(
Figure 112009018166791-pat00053
)가 도출된다. 이를 나타낸 것이 도 18 및 도 19이며, 자기소용돌이 코어의 회전 주파수(
Figure 112009018166791-pat00054
)로부터 오실레이터(100)가 생성하는 교류신호의 주파수가 결정되므로, 자유층(130)의 두께(L)와 반경(R)이 결정되면 오실레이터(100)로부터 생성되는 교류신호의 주파수가 결정되는 것이다.
이를 역으로 이용하면, 자유층(130)이 적절한 두께와 직경을 갖도록 형성하여 특정 주파수를 갖는 교류신호가 생성되도록 하는 것이 가능하다.
도 16 및 도 17을 살펴보면, 임계전류가 1 MA/cm2 보다 작게 되도록 자유층(130)을 형성하는 것이 가능함을 알 수 있다. 특히 자유층(130)의 반경을 750 nm, 두께를 20nm 정도로 형성한다면 1 MA/cm2 정도의 전류를 인가하여 0.1 GHz 정도의 교류신호를 생성할 수 있음을 알 수 있다. 그리고 임계전류에 해당하는 전류를 인가하는 것이므로, 상당히 오랜 시간 동안 일정한 교류신호를 생성할 수 있게 된다. 일반적으로 0.1 GHz 이상의 교류신호를 생성하기 위해서는 10 MA/cm2 이상의 전류가 필요한데, 본 발명에 따른 교류신호 생성방법을 이용하게 되면 인가되는 전류의 크기를 현저하게 감소시킬 수 있게 된다.
그리고 S610 단계와 S620 단계 사이에, 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 이동시키기 위해서 전류 또는 자기장을 인가하는 단계가 추가될 수 있다. 이는 임계전류에 해당하는 전류를 인가하면, 상술한 바와 같이 자기소용돌이 코어의 반경이 변하지 않으므로, 초기 자기소용돌이 코어의 위치가 원점에 있는 경우에는 자기소용돌이 코어가 회전하지 않기 때문이다. 즉, 임계전류에 해당하는 전류를 인가하기 전에는 자기소용돌이 코어를 일정 반경을 갖도록 이동시키는 과정이 필요하게 된다.
다음으로, 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 회전을 통해 교류신호를 생성한다(S630). 자기소용돌이 코어의 회전을 통해 교류신호를 생성하기 위하여, 자유층(130)과 고정층(110)의 자기저항의 변화를 이용한다. 즉, 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어가 회전함에 따라 자유층(130)과 고정층(110) 사이의 자기저항의 변화가 주기적으로 발생하게 되는데 이를 이용하여 교류신호를 생성하는 것이 가능하다.
도 20 내지 도 22는 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어가 회전함에 따라 자유층(130)과 고정층(110) 사이의 자기저항의 변화가 일어나는 과정을 설명하기 위한 도면들이다. 도 20은 자기소용돌이 코어가 회전하기 전의 자유층(130)과 고정층(110)의 자화상태를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 21은 자기소용돌이 코어가 회전하고 일정 시간 경과 후, 자유층(130)과 고정층(110)의 자화상태를 개략적으로 나타낸 도면이다. 그리고 도 22는 자기소용돌이 코어가 회전하여 도 21의 반대편에 위치할 때, 자유층(130)과 고정층(110)의 자화상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
고정층(130)은 자유층(130)과 고정층(110) 사이의 자기저항의 변화를 측정하기 위한 기준자화를 제공하는 것으로서, 도 20에 도시된 바와 같이 고정층(110)에는 고정층(110)의 상면과 평행하게 자화상태가 배열된 단일자구가 형성될 수 있다.
이 상태에서 전류를 인가하여 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어가 회전하여 도 21에 도시되어 있는 위치로 이동하게 되면, 자기소용돌이 코어 주변에 형성된 수평자화도 도 21에 도시된 바와 같이 변하게 된다. 이와 같이 도 21에 도시되어 있는 위치로 자기소용돌이 코어가 이동하면, 자유층(130)에 형성된 수평자화 중 많은 부분(참조번호 610으로 표시한 부분)이 고정층(110)에 형성된 수평자화의 방향과 동일하거나 유사하게 된다. 따라서 도 21에 도시되어 있는 위치로 자기소용돌이 코어가 이동하면, 자유층(130)과 고정층(110) 사이의 자기저항의 차이가 작아지게 된다.
그러나 시간이 경과하여, 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어가 회전하여 도 22에 도시되어 있는 위치로 이동하게 되면, 자유층(130)에 형성된 수평자화 중 많은 부분(참조번호 710으로 표시한 부분)이 고정층(110)에 형성된 수평자화의 방향과 반대방향이 된다. 따라서 도 22에 도시되어 있는 위치로 자기소용돌이 코어가 이동하면, 자유층(130)과 고정층(110) 사이의 자기저항의 차이가 커지게 된다.
이와 같이 자기소용돌이 코어가 이동함에 따라 자유층(130)과 고정층(110) 사이의 자기저항이 변하게 되고, 자기소용돌이 코어가 주기적으로 회전함에 따라 자유층(130)과 고정층(110) 사이의 자기저항도 주기적으로 변하게 된다. 따라서 자유층(130)과 고정층(110) 사이의 자기저항으로부터 교류신호를 생성할 수 있게 된다.
자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 위치에 따른 자기저항의 차이를 더욱 크게 하기 위하여, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 고정층(110)의 크기가 자유층(130)의 크기보다 작게 되도록 고정층(110)이 형성될 수 있다. 고정층(110)의 크기가 자유층(130)의 크기보다 작은 경우의 자화 상태를 도 23 및 도 24에 나타내었다. 도 23은 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 위치가 도 21의 경우일 때의 자화 상태를 나타내는 도면이고, 도 24는 자유층(130)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 위치가 도 22의 경우일 때의 자화 상태를 나타내는 도면이다.
도 21을 살펴보면, 참조번호 610으로 표시한 부분의 수평자화는 고정층(110)의 수평자화의 방향과 유사하나 참조번호 620으로 표시한 부분의 수평자화는 고정층(110)의 수평자화와 반대방향이 된다. 이에 반해 고정층(110)의 크기가 자유층(130)의 크기보다 작은 경우인 도 23을 살펴보면, 고정층(110)에 대응되는 자유층(130)의 거의 대부분의 수평자화(650)가 고정층(110)과 유사하게 되어 고정층(110)과 자유층(130)의 자기저항의 차이가 도 21의 경우에 비해 더욱 작아지게 된다.
마찬가지로 도 22를 살펴보면, 참조번호 710으로 표시한 부분의 수평자화는 고정층(110)의 수평자화의 방향과 반대방향이나 참조번호 720으로 표시한 부분의 수평자화는 고정층(110)의 수평자화와 유사하게 된다. 이에 반해 고정층(110)의 크기가 자유층(130)의 크기보다 작은 경우인 도 24를 살펴보면, 고정층(110)에 대응되는 자유층(130)의 거의 대부분(750)의 수평자화가 고정층(110)과 반대방향으로 형성되므로, 고정층(110)과 자유층(1300의 자기저항의 차이가 도 22의 경우에 비해 더욱 커지게 된다.
결과적으로 도 6, 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이 고정층(110)의 크기가 자유층(130)의 크기보다 작게 되도록 고정층(110)이 형성되면, 자기소용돌이 코어의 회전에 따른 고정층(110)과 자유층(130)의 자기저항의 차이가 더욱 커지게 되어 더욱 명확한 교류신호를 생성할 수 있게 된다.
이때 자유층(130)과 고정층(110) 사이에 배치되는 중간층(120)이 전도성 물질인 경우에는 거대자기저항으로부터 교류신호가 생성되고, 중간층(120)이 절연성 물질인 경우에는 터널링자기저항으로부터 교류신호가 생성된다. 중간층(120)으로 절연성 물질을 이용하여, 자유층(130)과 고정층(110) 사이의 터널링자기저항 비를 도 25에 나타내었다.
도 25에 도시된 그래프와 같이 자유층(130)과 고정층(110) 사이의 터널링자기저항 비는 주기적으로 변화되어 교류신호를 생성할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경 은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 오실레이터에 대한 바람직한 일 실시예의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 자기막이 원판의 형상을 가지는 경우에 자기막의 두께와 직경에 따라 자기막에 형성된 자화상태의 변화를 나타낸 도면이다.
도 3은 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기막의 자화 방향을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 오실레이터에 대한 바람직한 다른 실시예의 구조를 개략적으로 나타낸 도면들이다.
도 7은 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 있어서, p, c, ip 및 Spol을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 다른 교류신호 생성방법에 있어서, 인가된 전류의 전류밀도(j0)에 따른
Figure 112009018166791-pat00064
값을 나타낸 도면들이다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 있어서, 인가된 전류의 전류밀도(j0)에 따른
Figure 112009018166791-pat00065
값을 나타낸 도면들이다.
도 13은 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 있어서, 인가된 전류가 임계전 류보다 큰 경우 자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 거동을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 있어서, 인가된 전류가 임계전류보다 작은 경우 자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 거동을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 있어서, 인가된 전류가 임계전류인 경우 자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 거동을 나타내는 도면이다.
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 있어서, 자유층의 두께 및 반경에 따른 임계전류를 나타내는 도면들이다.
도 18 및 도 19는 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 있어서, 인가된 전류가 임계전류인 경우 자유층의 두께 및 반경에 따른 회전주파수를 나타내는 도면들이다.
도 20은 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 있어서, 자기소용돌이 코어가 회전하기 전의 자유층과 고정층의 자화상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 있어서, 자기소용돌이 코어가 회전하고 일정 시간 경과 후, 자유층과 고정층의 자화상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 있어서, 자기소용돌이 코어가 회전하여 도 21의 반대편에 위치할 때, 자유층과 고정층의 자화상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 23 및 도 24는 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 있어서, 고정층의 크기가 자유층의 크기보다 작은 경우 자기소용돌이 코어의 회전에 따른 자유층과 고정층의 자화상태를 개략적으로 나타낸 도면들이다.
도 25는 본 발명에 따른 교류신호 생성방법에 있어서, 시간에 따른 TMR 비를 나타낸 도면이다.

Claims (28)

  1. 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자유층;
    상기 자유층의 일측에 배치되며, 자화 중 적어도 일부가 상면과 직교하는 방향의 성분을 갖도록 배열되어 있는 편향층; 및
    상기 자유층과 상기 편향층 사이에 배치되며, 전도성 물질로 이루어진 비자기층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 오실레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편향층에는 상기 편향층의 상면과 직교하는 방향으로 자화가 배열된 단일자구(single magnetic domain)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오실레이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향과 상기 편향층에 형성되어 있는 단일자구의 자화의 방향이 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 오실레이터.
  4. 제1항에 있어서,
    서로 마주보는 상기 자유층의 일면과 상기 비자기층의 일면 중, 상기 자유층의 일면의 면적이 상기 비자기층의 일면의 면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 오 실레이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비자기층의 일면과 타면의 면적이 동일한 것을 특징으로 하는 오실레이터.
  6. 제5항에 있어서,
    서로 마주보는 상기 편향층의 일면과 상기 비자기층의 일면의 면적이 동일한 것을 특징으로 하는 오실레이터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 비자기층의 중심축이 상기 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)의 중심과 이격되도록 상기 비자기층이 배치되는 것을 특징으로 하는 오실레이터.
  8. 제1항에 있어서,
    서로 마주보는 상기 편향층의 일면과 상기 비자기층의 일면 중, 상기 비자기층의 일면의 면적이 상기 편향층의 일면의 면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 오실레이터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자유층의 타측에 배치되며, 기준 자화를 제공하는 고정층; 및
    상기 자유층과 상기 고정층 사이에 배치되는 중간층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오실레이터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고정층에는 상기 고정층의 상면과 평행하게 자화상태가 배열된 단일자구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오실레이터.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 고정층의 상면의 크기는 상기 자유층의 상면의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 오실레이터.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 고정층은 거대자기저항(giant magneto resistance, GMR)을 측정하기 위한 기준 자화를 제공하며,
    상기 중간층은 비자기 전도성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 오실레이터.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 고정층은 터널링자기저항(tunneling magnetro resistance, TMR)을 측정 하기 위한 기준 자화를 제공하며,
    상기 중간층은 절연성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 오실레이터.
  14. 자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 자유층과, 상기 자유층의 일측에 배치되며 자화 중 적어도 일부가 상면과 직교하는 방향의 성분을 갖도록 배열되어 있는 편향층과, 상기 자유층과 상기 편향층 사이에 배치되며 전도성 물질로 이루어진 비자기층을 구비하는 오실레이터를 준비하는 단계;
    상기 오실레이터를 관통하는 전류를 인가하여, 상기 자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 회전시키는 단계; 및
    상기 자기소용돌이 코어의 회전을 통해 교류신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 편향층에는 상기 편향층의 상면과 직교하는 방향으로 자화가 배열된 단일자구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향과 상기 편향층에 형성되어 있는 단일자구의 자화의 방향이 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
  17. 제14항에 있어서,
    서로 마주보는 상기 자유층의 일면과 상기 비자기층의 일면 중, 상기 자유층의 일면의 면적이 상기 비자기층의 일면의 면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오실레이터를 관통하는 전류는 상기 자유층의 상면과 직교하는 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 오실레이터를 관통하는 전류는 상기 자기소용돌이 코어의 회전반경이 일정하게 유지되도록 하는 임계전류(jcri)인 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 자유층은 반경이 R이고 두께가 L인 원판의 형상으로 형성되며,
    상기 임계전류(jcri)는 다음의 수학식 A로 설정되는 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법:
    [수학식 A]
    Figure 112009018166791-pat00055
    여기서,
    Figure 112009018166791-pat00056
    (intrinsic stiffness coefficient),
    Figure 112009018166791-pat00057
    ,
    Figure 112009018166791-pat00058
    ,
    Figure 112009018166791-pat00059
    ,
    Figure 112009018166791-pat00060
    이고,
    이때,
    Figure 112009018166791-pat00061
    는 댐핑계수(damping coefficient), Ms는 상기 자유층의 포화자화(saturation magnetization)값,
    Figure 112009018166791-pat00062
    는 자이로마그네틱 비율상수(gyromagnetic ratio), h는 플랑크 상수,
    Figure 112009018166791-pat00063
    는 진공에서의 투자율(magnetic permeability), e는 전자의 전하량, 그리고 Rc는 자기소용돌이 코어의 임계 반지름(magnetic vortex core critical radius)이며,
    P는 상기 편향층을 통과한 전자의 스핀의 스핀 배열정도(degree of polarization)를 나타내는 인자로, 상기 편향층을 통과한 전자 모두가 상기 편향층의 스핀 방향과 동일하게 배열되는 경우 P는 1이고, 상기 편향층을 통과한 전자 모두가 상기 편향층의 스핀 방향과 서로 다르게 배열되는 경우 P는 0이며,
    상기 자유층의 상면과 직교하며 상기 자유층에서 상기 편향층을 향하는 방향을 +z 방향이라고 할 때,
    p는 상기 자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 방향을 나타내는 인 자로, 상기 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 +z 방향인 경우 p는 1이고, 상기 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 -z 방향인 경우 p는 -1이며,
    ip는 상기 인가되는 전류의 방향을 나타내는 인자로, 상기 인가되는 전류의 방향이 +z 방향인 경우 ip는 1이고, 상기 인가되는 전류의 방향이 -z 방향인 경우 ip는 -1이며,
    Spol은 상기 편향층의 자화배열 방향을 나타내는 인자로, 상기 편향층의 자화배열 방향이 +z 방향인 경우 Spol은 +1이고, 상기 편향층의 자화배열 방향이 -z 방향인 경우 Spol은 -1이며,
    그리고 c는 상기 자기소용돌이 코어의 주변에 상기 자유층의 상면과 평행하게 형성된 수평자화의 방향성을 나타내는 인자로, 상기 수평자화가 상기 자유층의 상면에 반시계 방향으로 배열된 경우 c는 +1이고, 상기 수평자화가 상기 자유층의 상면에 시계 방향으로 배열된 경우 c는 -1이다.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 인가된 전류는 1 MA/cm2보다 작은 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
  22. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오실레이터를 준비하는 단계와 상기 자기소용돌이 코어를 회전시키는 단계 사이에,
    상기 자유층에 전류 또는 자기장을 인가하여 상기 자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 이동시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
  23. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오실레이터를 관통하는 전류는 직류인 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
  24. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오실레이터를 관통하는 전류 인가시, 상기 자유층에 자기장을 더 인가하는 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
  25. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오실레이터는 상기 자유층의 타측에 배치되며 거대자기저항을 측정하기 위한 기준 자화를 제공하는 고정층과, 상기 자유층과 상기 고정층 사이에 배치되며 전도성 물질로 이루어진 중간층을 더 구비하고,
    상기 교류신호를 생성하는 단계는, 상기 자기소용돌이 코어가 회전함에 따라 주기적으로 변화되는 거대자기저항으로부터 교류신호를 생성하는 것을 특징으로 하 는 교류신호 생성방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 고정층에는 상기 고정층의 상면과 평행하게 자화상태가 배열된 단일자구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
  27. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오실레이터는 상기 자유층의 타측에 배치되며 터널링자기저항을 측정하기 위한 기준 자화를 제공하는 고정층과, 상기 자유층과 상기 고정층 사이에 배치되며 절연성 물질로 이루어진 중간층을 더 구비하고,
    상기 교류신호를 생성하는 단계는, 상기 자기소용돌이 코어가 회전하에 따라 주기적으로 변화되는 터널링자기저항으로부터 교류신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 고정층에는 상기 고정층의 상면과 평행하게 자화상태가 배열된 단일자구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교류신호 생성방법.
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