KR101041427B1 - 주기적 유니폴라 펄스로 이루어진 회전 전류 또는 자기장을 이용한 자기기록소자의 정보기록방법 및 정보판독방법 - Google Patents

주기적 유니폴라 펄스로 이루어진 회전 전류 또는 자기장을 이용한 자기기록소자의 정보기록방법 및 정보판독방법 Download PDF

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Abstract

복수개의 유니폴라 펄스(unipolar pulse)로 이루어진 최적화된 회전 자기장 또는 전류와 이의 주기적인 인가를 이용하여 전력 소비를 최소화하면서 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기기록소자에 정보를 기록하고 판독하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보기록방법은 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어와 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비한다. 그리고 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 전류 내지 제n 전류를 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하여, 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 자기자유층의 상면 위쪽 또는 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시킨다. 그리고 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당한다. 본 발명에서는 인가하는 유니폴라 펄스들의 반치폭, 시간 간격 및 주기를 조절하여 자기소용돌이 구조에 따라 최적화된 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전하는 전류 또는 자기장을 자기 소용돌이 구조에 인가함으로써, 자기기록소자에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 판독할 때, 전력 낭비가 최소화된다. 그리고 바이폴라 시그널(bipolar signal)을 이용하는 경우에 비해 훨씬 간편하다.

Description

주기적 유니폴라 펄스로 이루어진 회전 전류 또는 자기장을 이용한 자기기록소자의 정보기록방법 및 정보판독방법{Method for reading and read-out of information in magnetic recording element using periodic unipolar pulsed rotating current or field}
본 발명은 비휘발성 랜덤 액세스 메모리(nonvolatile random access memory)에 사용 가능한 자기기록소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주기적인 펄스를 이용하여 자기소용돌이(magnetic vortex)가 형성되어 있는 자기기록소자에 정보를 기록하는 방법과 기록된 정보를 판독하는 방법에 관한 것이다.
최근 정보통신 산업의 눈부신 발전으로 인하여 각종 기억소자의 수요가 증가하고 있다. 특히 휴대용 단말기, MP3 플레이어 등에 필요한 기억소자는 전원이 꺼지더라도 기록된 데이터가 지워지지 않는 비휘발성(nonvolatile)이 요구되고 있다. 이러한 비휘발성 기억소자는 전기적으로 데이터의 저장과 소거가 가능하고 전원이 공급되지 않아도 데이터의 보존이 가능하기 때문에, 다양한 분야에서 그 응용이 증가하고 있다. 그러나 종래에 반도체를 이용하여 구성된 다이나믹 랜덤 액세스 메모리(dynamic RAM, DRAM)는 전원이 공급되지 않는 상황에서는 저장된 정보를 모두 잃어버리는 휘발성(volatile)의 특징을 가지므로 이를 대체할 비휘발성 기억소자의 연구가 수행되고 있다.
이러한 비휘발성 기억소자 중, 상전이 현상을 이용하는 상전이 랜덤 액세스 메모리(phase RAM, PRAM), 자기저항 변화현상을 이용하는 자기 랜덤 액세스 메모리(magnetic RAM, MRAM), 강유전체의 자발분극현상을 이용한 강유전체 랜덤 액세스 메모리(ferroelectric RAM, FRAM)과 더불어 금속 산화물 박막의 저항 스위칭(resistance switching) 또는 전도도 스위칭(conductivity switching) 현상을 이용하는 저항변화기록소자(resistance RAM, ReRAM) 등이 주요 연구의 대상이다. 특히, MRAM은 다른 비휘발성 기억 소자에 비하여 속도가 빠르고 반복사용에 따른 내구성이 우수하여 최근에 많은 주목을 받고 있다.
최근 들어, 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조를 MRAM에 이용하려고 시도되고 있다. 자기소용돌이 구조가 이용된 MRAM에 정보를 기록하기 위해서는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)의 자화방향을 스위칭시켜야 하고, 자기소용돌이 구조가 이용된 MRAM에 기록된 정보를 판독하기 위해서는 자기소용돌이 코어를 회전시킬 필요가 있다. 따라서 작은 전력을 이용하여 자기소용돌이 코어의 자화방향을 스위칭하거나 자기소용돌이 코어를 회전시킬 필요성이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 유니폴라 펄스(unipolar pulse)와 주기적인 펄스를 이용하여 전력 소비를 최소화하면서 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기기록소자에 정보를 기록하고 판독하는 방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보기록방법에 대한 바람직한 일 실시예는 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계; 상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 전류 내지 제n 전류(n은 2 이상의 자연수)를 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하여, 상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 상기 자기자유층의 상면 위쪽 또는 상기 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시키는 단계; 및 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 포함하며, 제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)은 하기 수학식 1로 설정된다.
[수학식 1]
Figure 112010004222612-pat00001
여기서, θi는 제i 전류와 제i+1 전류가 이루는 각도이고, νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수(eigenfrequency of magnetic vortex gyrotropic motion)이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보기록방법에 대한 바람직한 다른 실시예는 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계; 상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 자기장 내지 제m 자기장(m은 2 이상의 자연수)을 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하여, 상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 상기 자기자유층의 상면 위쪽 또는 상기 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시키는 단계; 및 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 포함하며, 제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)은 수학식 5로 설정된다.
[수학식 5]
Figure 112010004222612-pat00002
여기서, θj는 제j 자기장과 제j+1 자기장이 이루는 각도이고, νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수(eigenfrequency of magnetic vortex gyrotropic motion)이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보기록방법에 대한 바람직한 또 다른 실시예는 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계; 상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 전류 내지 제n 전류(n은 2 이상의 자연수)를 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하되, 상기 제1 전류 내지 제n 전류를 각각 주기적으로 복수 회 인가하여, 상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 상기 자기자유층의 상면 위쪽 또는 상기 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시키는 단계; 및 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보기록방법에 대한 바람직한 또 다른 실시예는 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계; 상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 자기장 내지 제m 자기장(m은 2 이상의 자연수)을 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하되, 상기 제1 자기장 내지 제m 자기장을 각각 주기적으로 복수 회 인가하여, 상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 상기 자기자유층의 상면 위쪽 또는 상기 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시키는 단계; 및 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보판독방법에 대한 바람직한 일 실시예는 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계; 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계; 상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 전류 내지 제n 전류(n은 2 이상의 자연수)를 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하여, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 상기 자기자유층 상에서 회전시키는 단계; 및 상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경은 상기 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 달라지고, 상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경의 크기를 판별함으로써, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 할당된 "0" 또는 "1"을 판독하는 단계;를 포함하며, 제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)은 수학식 1로 설정된다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보판독방법에 대한 바람직한 다른 실시예는 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계; 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계; 상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 자기장 내지 제m 자기장(m은 2 이상의 자연수)을 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하여, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 상기 자기자유층 상에서 회전시키는 단계; 및 상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경은 상기 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 달라지고, 상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경의 크기를 판별함으로써, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 할당된 "0" 또는 "1"을 판독하는 단계;를 포함하며, 제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)은 수학식 5로 설정된다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보판독방법에 대한 바람직한 또 다른 실시예는 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계; 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계; 상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 전류 내지 제n 전류(n은 2 이상의 자연수)를 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하되, 상기 제1 전류 내지 제n 전류를 각각 주기적으로 복수 회 인가하여, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 상기 자기자유층 상에서 회전시키는 단계; 및 상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경은 상기 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 달라지고, 상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경의 크기를 판별함으로써, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 할당된 "0" 또는 "1"을 판독하는 단계;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보판독방법에 대한 바람직한 또 다른 실시예는 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계; 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계; 상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 자기장 내지 제m 자기장(m은 2 이상의 자연수)을 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하되, 상기 제1 자기장 내지 제m 자기장을 각각 주기적으로 복수 회 인가하여, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 상기 자기자유층 상에서 회전시키는 단계; 및 상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경은 상기 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 달라지고, 상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경의 크기를 판별함으로써, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 할당된 "0" 또는 "1"을 판독하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 인가하는 펄스들의 반치폭, 시간 간격 및 주기를 최적화함으로써, 전력 소비를 최소화하면서 자기소용돌이 코어를 스위칭하거나 회전시킬 수 있다. 따라서 본 발명을 이용하면, 자기기록소자에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 판독할 때, 전력 낭비가 최소화된다. 그리고 유니폴라 펄스(unipolar pulse)만을 이용하여 자기소용돌이 코어를 스위칭하거나 회전시킬 수 있어 바이폴라 시그널(bipolar signal)을 이용하는 경우에 비해 훨씬 간편하다.
도 1 및 도 2는 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층의 자화 상태를 개략적으로 나타낸 도면으로, 도 1은 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 자기자유층의 상면 위쪽 방향인 경우를 나타내는 도면이고, 도 2는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 자기자유층의 상면 아래쪽 방향인 경우를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 두 개의 펄스 형태의 전류가 90°의 각도로 인가되는 경우를 나타낸 도면으로, 도 3은 두 개의 펄스 형태의 전류에 의해 자기자유층에 반시계 방향으로 회전하는 전류가 인가되는 경우를 나타내는 도면이고, 도 4는 두 개의 펄스 형태의 전류에 의해 자기자유층에 시계 방향으로 회전하는 전류가 인가되는 경우를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 제1 전류와 제2 전류가 인가되는 시간 간격에 따라 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되는 임계 전류의 크기를 나타낸 도면으로, 도 5는 자기소용돌이 코어를 업-상태에서 다운-상태로 전환시킬 수 있는 임계 전류의 크기를 나타낸 도면이고, 도 6은 자기소용돌이 코어를 다운-상태에서 업-상태로 전환시킬 수 있는 임계 전류의 크기를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 제1 전류와 제2 전류의 반치폭에 따라 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되는 임계 전류의 크기를 나타낸 도면으로, 도 7은 자기소용돌이 코어를 업-상태에서 다운-상태로 전환시킬 수 있는 임계 전류의 크기를 나타낸 도면이고, 도 8은 자기소용돌이 코어를 다운-상태에서 업-상태로 전환시킬 수 있는 임계 전류의 크기를 나타낸 도면이다.
도 9는 자기자유층에 제1 전류와 제2 전류가 인가되도록 할 수 있는 자기기록소자의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 세 개의 펄스 형태의 전류가 120°의 각도로 인가되는 경우를 나타낸 도면으로, 도 10은 세 개의 펄스 형태의 전류에 의해 자기자유층에 반시계 방향으로 회전하는 전류가 인가되는 경우를 나타내는 도면이고, 도 11은 세 개의 펄스 형태의 전류에 의해 자기자유층에 시계 방향으로 회전하는 전류가 인가되는 경우를 나타내는 도면이다.
도 12 및 도 13은 세 개의 펄스 형태의 전류가 90°의 각도로 인가되는 경우를 나타낸 도면으로, 도 12는 세 개의 펄스 형태의 전류에 의해 자기자유층에 반시계 방향으로 회전하는 전류가 인가되는 경우를 나타내는 도면이고, 도 13은 세 개의 펄스 형태의 전류에 의해 자기자유층에 시계 방향으로 회전하는 전류가 인가되는 경우를 나타내는 도면이다.
도 14는 펄스 형태의 제1 전류와 제2 전류가 90°(π/2)의 각도로 인가되되, 제1 전류와 제2 전류가 주기적으로 인가되는 경우를 나타낸 도면이다.
도 15는 제1 전류와 제2 전류가 인가되는 주기(T)에 따라 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되는 임계 전류의 크기를 나타낸 도면이다.
도 16은 제1 전류와 제2 전류의 인가 회수에 따라 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되는 임계 전류의 크기를 나타낸 도면이다.
도 17은 자기자유층에 제1 자기장과 제2 자기장이 인가되도록 할 수 있는 자기기록소자의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 자기소용돌이(magnetic vortex)가 형성되어 있는 자기자유층을 구비한 자기기록소자에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 판독하는 방법에 관한 것이다.
자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층의 자화 상태를 도 1 및 도 2에 개략적으로 나타내었다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 자기소용돌이(310)는 자기자유층(140)의 중앙부분에 자기자유층(140)의 상면에 수직한 방향의 자화 성분을 가지는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)(320a, 320b)를 가진다. 그리고 자기소용돌이(310)는 자기소용돌이 코어(320a, 320b)의 주변에 자기자유층(140)의 상면과 평행한 방향의 회전하는 자화 성분인 수평자화(330)를 가진다. 이때 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향은 도 1에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)의 상면 위쪽 방향으로 형성(320a)되거나 도 2에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)의 상면 아래쪽 방향으로 형성(320b)된다. 자기소용돌이 코어의 주변에 형성되어 있는 수평자화(330)는 자기소용돌이 코어(320a, 320b)를 중심으로 하여 동심원의 형태를 이룬다. 자기자유층(140)의 자화가 자기소용돌이(310) 구조를 갖도록 배열되는 것은 자기자유층(140)의 두께와 직경 등에 의해 결정된다. 이와 관련된 내용은 기출원된 한국특허출원 제10-2007-0105590호에 상세히 기재되어 있다.
이와 같이 자기소용돌이(310)가 형성되어 있는 자기자유층(140)을 구비한 자기기록소자는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 정보를 저장할 수 있다. 즉, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 자기자유층(140)의 상면 위쪽 방향으로 형성된 것(320a)을 "1", 자기자유층(140)의 상면 아래쪽 방향으로 형성된 것(320b)을 "0"이라고 정의하여 정보를 저장할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 자기자유층(140)의 상면 위쪽 방향으로 형성된 상태(320a)를 "업(up)-상태"라 하고, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 자기자유층(140)의 상면 아래쪽 방향으로 형성된 상태(320b)를 "다운(down)-상태"라 한다.
따라서 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층(140)을 구비한 자기기록소자에 정보를 기록하기 위해서는, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시켜야 한다. 이를 위해, 자기자유층(140)에 전류 또는 자기장을 인가할 수 있다.
자기자유층(140)에 전류 또는 자기장을 인가하면, 자기소용돌이는 자기소용돌이 코어가 회전하는 자이로트로픽 운동(gyrotorpic motion)을 한다. 자기소용돌이는 자이로트로픽 운동할 때, 고유진동수(eigenfrequency of magnetic vortex gyrotropic motion, νD)를 갖고 운동한다. 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유 진동수(νD)는 아래의 식 (1)과 같이 정의된다.
Figure 112010004222612-pat00003
(1)
여기서, Ms는 자기자유층(140)의 포화자화(saturation magnetization)값, χ(0)는 초기 자화율(initial susceptibility), γ는 자이로마그네틱 비율상수(gyromagnetic ratio) 그리고 ξ는 비례상수이다. 자이로마그네틱 비율상수와 비례상수는 자기자유층(140)의 형성 물질 및 형상에 상관없이 일정한 값이므로, 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수는 자기자유층(140)의 초기 자화율에 반비례하고, 포화자화 값의 제곱에 비례한다. 초기 자화율은 자기자유층(140)의 형상에 의해서 결정되고, 포화자화 값은 자기자유층(140)의 형성 물질에 의해 결정된다.
이때, 자기소용돌이 코어가 임계 속도 이상의 속도로 회전하면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환된다. 자기소용돌이 코어가 임계 속도에 해당하는 속도로 회전하도록 인가되는 전류 또는 자기장을 각각 임계 전류(critical current) 또는 임계 자기장(critical magnetic field)이라 한다. 즉, 자기자유층(140)에 임계 전류 또는 임계 자기장 이상의 크기를 갖는 전류 또는 자기장을 인가하면, 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시키거나, 자기소용돌이 코어를 다운-상태(320b)에서 업-상태(320a)로 전환시킬 수 있다.
이러한 방법을 통해, 자기자유층(140)에 전류 또는 자기장을 인가하여, 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a) 또는 다운-상태(320b)로 전환시키게 되는데, 전류 또는 자기장을 인가하는 방법은 여러 가지가 있다.
그 중 하나로, 자기자유층(140)에 선편광(linear polirized) 전류 또는 선편광 자기장과 같이 시간에 따라 방향이 변하지 않는 형태의 전류 또는 자기장을 인가하는 방법이 있다. 선편광 전류의 경우, 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시키는 임계 전류와, 자기소용돌이 코어를 다운-상태(320b)에서 업-상태(320a)로 전환시키는 임계 전류의 크기가 동일하다. 이에 따라 임계 전류보다 크기가 큰 선편광 전류를 자기자유층(140)에 인가하게 되면, 자기소용돌이 코어 모두 현재의 방향에서 반대의 방향으로 전환된다. 그리고 선편광 자기장의 경우도 선편광 전류의 경우와 같다. 따라서 현재의 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향과 관계없이 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a) 또는 다운-상태(320b)로 형성시키고자 하는 경우, 자기자유층(140)에 선편광 전류 또는 선편광 자기장을 인가하는 것은 적절치 않은 방법이 된다.
이를 개선하기 위한 방법으로, 자기자유층(140)에 원편광(circularly polarized) 전류 또는 원편광 자기장과 같이 시간에 따라 방향이 변하는 형태의 전류 또는 자기장을 인가하는 방법이 있다. 원편광 전류는 회전하는 방향에 따라 각각 좌편광 전류와 우편광 전류로 구분된다. 좌편광 전류는 자기자유층(140)의 상면에 대해 반시계 방향으로 회전하는 전류를 의미하고, 우편광 전류는 자기자유층(140)의 상면에 대해 시계 방향으로 회전하는 전류를 의미한다.
이러한 원편광 전류의 경우, 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시키는 임계 전류와, 자기소용돌이 코어를 다운-상태(320b)에서 업-상태(320a)로 전환시키는 임계 전류의 크기가 동일하지 않다. 상세히 살펴보면, 좌편광 전류의 경우에는, 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시키는 임계 전류가 자기소용돌이 코어를 다운-상태(320b)에서 업-상태(320a)로 전환시키는 임계 전류의 크기보다 작다. 반대로, 우편광 전류의 경우에는 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시키는 임계 전류가 자기소용돌이 코어를 다운-상태(320b)에서 업-상태(320a)로 전환시키는 임계 전류의 크기보다 크다. 따라서 좌편광 전류를 인가하면, 자기소용돌이 코어의 현재 상태와 관계없이 항상 자기소용돌이 코어를 다운-상태(320b)로 형성시킬 수 있고, 우편광 전류를 인가하면, 자기소용돌이 코어의 현재 상태와 관계없이 항상 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)로 형성시킬 수 있다. 그리고 원편광 자기장의 경우도 원편광 전류의 경우와 같다. 결국, 현재의 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향과 관계없이 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a) 또는 다운-상태(320b)로 형성시키고자 하는 경우, 자기자유층(140)에 원편광 전류 또는 원편광 자기장을 인가하는 것은 적절한 방법이 된다. 이와 관련된 내용은 기출원된 한국특허출원 제10-2007-0105590호에 상세히 기재되어 있다.
이러한 원편광 전류 또는 원편광 자기장은 기출원된 한국특허출원 제10-2007-0105590호에 상세히 기재된 바와 같이, 사인파형 또는 코사인파형의 전류 또는 자기장을 서로 다른 방향에서 인가하는 방식으로 자기자유층(140)에 인가할 수 있다. 그러나 사인파형 또는 코사인 파형의 전류 또는 자기장은 서로 다른 극성(bipolar)의 전류 또는 자기장을 주기적으로 인가하는 형태가 되므로, 실제 소자의 구동에 적용하기에 적합하지 않다.
이러한 문제점을 개선하기 위해 안출된 것이 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보기록방법으로, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보기록방법은 펄스 형태의 전류 또는 자기장을 이용하여 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킨다. 즉, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보기록방법은 자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 자기자유층(140)을 구비하는 자기기록소자를 준비한 후, 펄스 형태의 전류 또는 자기장을 자기자유층(140)에 인가하여, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 원하는 방향으로 형성시키고, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 순서로 정보를 기록한다. 이하의 실시예에서는 자기자유층(140)에 펄스 형태의 전류 또는 자기장을 인가하여 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 원하는 방향으로 형성시키는 방법에 대해 살펴본다.
실시예 1-1 : 펄스 형태의 전류를 이용한 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향 전환
본 실시예에서는 펄스 형태의 복수의 전류(제1 전류 내지 제n 전류, n은 2 이상의 자연수)를 자기자유층(140)에 인가하는 방식으로 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킨다. 이때, 자기자유층(140)에 시간에 따라 방향이 변하는 형태의 전류가 인가되도록, 상기 펄스 형태의 복수의 전류는 각각 서로 다른 방향을 가지며, 시간 간격을 두고 인가된다. 이때, 제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)은 수학식 1로 설정되고, 제1 전류 내지 제n 전류의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 수학식 2로 설정된다.
[수학식 1]
Figure 112010004222612-pat00004
[수학식 2]
Figure 112010004222612-pat00005
수학식 1의 θi는 제i 전류와 제i+1 전류가 이루는 각도이고, 수학식 2의 A는 2 내지 4 사이 값을 갖는 상수이며, 수학식 1, 2의 νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수이다.
제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)과 제1 전류 내지 제n 전류의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 각각 수학식 1과 수학식 2와 같이 설정될 때, 최소의 크기를 갖는 전류로서 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 수 있다. 따라서 제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)과 제1 전류 내지 제n 전류의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 각각 수학식 1과 수학식 2와 같이 설정되어야, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시키기 위한 전력 소비가 최소가 된다.
도 3 및 도 4는 두 개의 펄스 형태의 전류가 90°(π/2)의 각도로 인가되는 경우를 나타낸 도면으로, 도 3은 두 개의 펄스 형태의 전류에 의해 자기자유층에 반시계 방향으로 회전하는 전류가 인가되는 경우를 나타내는 도면이고, 도 4는 두 개의 펄스 형태의 전류에 의해 자기자유층에 시계 방향으로 회전하는 전류가 인가되는 경우를 나타내는 도면이다.
두 개의 펄스 형태의 전류(제1 전류, 제2 전류)를 도 3에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)에 인가하면, 반시계 방향으로 회전하는 전류(410)가 자기자유층(140)에 인가된다. 즉, X 방향을 갖는 제1 전류를 인가한 후, Y 방향을 갖는 제2 전류를 인가하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 자기자유층(140)에 반시계 방향으로 회전하는 전류(410)가 인가되는데, 이때 인가되는 전류(410)의 개략적인 형태는 좌편광 전류와 유사하다. 따라서 제1 전류와 제2 전류를 도 3에 도시된 바와 같이 인가하면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 +Z 방향(업-상태, 320a)에서 -Z 방향(다운-상태, 320b)으로 전환시킬 때, 상대적으로 작은 전력이 소모된다.
이와는 반대로, 두 개의 펄스 형태의 전류(제1 전류, 제2 전류)를 도 4에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)에 인가하면, 시계 방향으로 회전하는 전류(420)가 자기자유층(140)에 인가된다. 즉, Y 방향을 갖는 제1 전류를 인가한 후, X 방향을 갖는 제2 전류를 인가하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 자기자유층(140)에 시계 방향으로 회전하는 전류(420)가 인가되는데, 이때 인가되는 전류(420)의 개략적인 형태는 우편광 전류와 유사하다. 따라서 제1 전류와 제2 전류를 도 4에 도시된 바와 같이 인가하면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 -Z 방향(다운-상태, 320b)에서 +Z 방향(업-상태, 320a)으로 전환시킬 때, 상대적으로 작은 전력이 소모된다.
제1 전류와 제2 전류가 인가되는 시간 간격에 따라 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되는 임계 전류의 크기를 도 5 및 도 6에 나타내었다.
도 5는 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시킬 수 있는 임계 전류의 크기를 나타낸 도면이고, 도 6은 자기소용돌이 코어를 다운-상태(320b)에서 업-상태(320a)로 전환시킬 수 있는 임계 전류의 크기를 나타낸 도면이다. 도 5 및 도 6에서 x축은 제1 전류와 제2 전류가 인가되는 시간 간격을
Figure 112010004222612-pat00006
로 정규화(normalization)된 값으로 나타내었다. 도 5 및 도 6에서 x축이 양의 값을 가질 때는 자기자유층(140)에 반시계 방향으로 회전하는 전류(410)가 인가되는 경우이다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, X 방향으로 전류가 먼저 인가된 후, Y 방향으로 전류가 인가되는 경우이다. 그리고 도 5 및 도 6에서 x축이 음의 값을 가질 때는 자기자유층(140)에 시계 방향으로 회전하는 전류(420)가 인가되는 경우이다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, Y 방향으로 전류가 먼저 인가된 후, X 방향으로 전류가 인가되는 경우이다.
도 5를 살펴보면, X 방향으로 제1 전류가 인가된 후,
Figure 112010004222612-pat00007
만큼 시간 간격을 두고, Y 방향으로 제2 전류가 인가될 때, 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시킬 수 있는 임계 전류의 크기가 최소가 됨을 알 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 전류와 제2 전류가 인가되되, 제1 전류와 제2 전류의 시간 간격이
Figure 112010004222612-pat00008
인 경우, 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시킬 수 있는 임계 전류의 크기가 최소가 된다.
도 6을 살펴보면, Y 방향으로 제1 전류가 인가된 후,
Figure 112010004222612-pat00009
만큼 시간 간격을 두고, X 방향으로 제2 전류가 인가될 때, 자기소용돌이 코어를 다운-상태(320b)에서 업-상태(320a)로 전환시킬 수 있는 임계 전류의 크기가 최소가 됨을 알 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 전류와 제2 전류가 인가되되, 제1 전류와 제2 전류의 시간 간격이
Figure 112010004222612-pat00010
인 경우, 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시킬 수 있는 임계 전류의 크기가 최소가 된다.
결국, 제1 전류와 제2 전류가 90°(π/2)의 각도로 인가되는 경우에는, 제1 전류와 제2 전류의 시간 간격을
Figure 112010004222612-pat00011
로 설정하면, 자기소용돌이 코어를 스위칭할 때, 전력 소모가 최소가 된다. 이러한 결과는 수학식 1을 통해서도 알 수 있다(θ1=π/2일 때,
Figure 112010004222612-pat00012
).
그리고 제1 전류와 제2 전류의 반치폭에 따라 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되는 임계 전류의 크기를 도 7 및 도 8에 나타내었다.
도 7은 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시킬 수 있는 임계 전류의 크기를 나타낸 도면이고, 도 8은 자기소용돌이 코어를 다운-상태(320b)에서 업-상태(320a)로 전환시킬 수 있는 임계 전류의 크기를 나타낸 도면이다. 이때, 인가되는 제1 전류와 제2 전류는 가우시안(Gaussian) 형태의 펄스이다. 도 7 및 도 8에서 x축은 제1 전류와 제2 전류의 반치폭을
Figure 112010004222612-pat00013
로 정규화(normalization)된 값으로 나타내었다. 도 7의 참조번호 710으로 나타낸 그래프와 도 8의 참조번호 820으로 나타낸 그래프는 자기자유층(140)에 반시계 방향으로 회전하는 전류(410)가 인가된 경우이다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, X 방향으로 전류가 먼저 인가된 후, Y 방향으로 전류가 인가되는 경우이다. 도 7의 참조번호 720으로 나타낸 그래프와 도 8의 참조번호 810으로 나타낸 그래프는 도 4에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)에 시계 방향으로 회전하는 전류(420)가 인가된 경우이다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, Y 방향으로 전류가 먼저 인가된 후, X 방향으로 전류가 인가되는 경우이다. 모든 경우에 제1 전류와 제2 전류의 시간 간격은
Figure 112010004222612-pat00014
로 하였다.
도 7을 살펴보면, 자기자유층(140)에 반시계 방향으로 회전하는 전류(410)가 인가된 경우(710)가 자기자유층(140)에 시계 방향으로 회전하는 전류(420)가 인가된 경우(720)에 비해 작은 크기의 전류를 인가하여 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시킬 수 있다. 그리고 참조번호 710으로 나타낸 그래프를 살펴보면, 제1 전류와 제2 전류의 반치폭(tFWHM)이
Figure 112010004222612-pat00015
일 때, 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시키는 임계 전류의 크기가 최소가 됨을 알 수 있다.
이와는 반대로, 도 8을 살펴보면, 자기자유층(140)에 시계 방향으로 회전하는 전류(420)가 인가된 경우(810)가 자기자유층(140)에 반시계 방향으로 회전하는 전류(410)가 인가된 경우(820)에 비해 작은 크기의 전류를 인가하여 자기소용돌이 코어를 다운-상태(320b)에서 업-상태(320a)로 전환시킬 수 있다. 그리고 참조번호 810으로 나타낸 그래프를 살펴보면, 제1 전류와 제2 전류의 반치폭(tFWHM)이
Figure 112010004222612-pat00016
일 때, 자기소용돌이 코어를 다운-상태(320b)에서 업-상태(320a)로 전환시키는 임계 전류의 크기가 최소가 됨을 알 수 있다.
결국, 제1 전류와 제2 전류가 가우시안 펄스 형태인 경우에는, 제1 전류와 제2 전류의 반치폭(tFWHM)을
Figure 112010004222612-pat00017
로 설정하면, 자기소용돌이 코어를 스위칭할 때, 전력 소모가 최소가 된다. 즉, 인가되는 전류가 가우시안 펄스 형태인 경우, 수학식 2의 A는
Figure 112010004222612-pat00018
로, 대략 2.355 정도의 값을 갖는다.
도 5와 도 7에서 살펴본 바와 같이, 자기소용돌이 코어를 업-상태(320a)에서 다운-상태(320b)로 전환시킬 때, 인가되는 전류의 크기를 최소화하여 정보 기록시 소요되는 전력을 최소화하기 위해서는 반치폭이
Figure 112010004222612-pat00019
인 펄스 형태(가우시안 펄스인 경우 A는
Figure 112010004222612-pat00020
)를 갖는 제1 전류를 X 방향으로 자기자유층(140)에 인가한 후,
Figure 112010004222612-pat00021
만큼의 시간 간격을 두고 반치폭이
Figure 112010004222612-pat00022
인 펄스 형태(가우시안 펄스인 경우 A는
Figure 112010004222612-pat00023
)를 갖는 제2 전류를 Y 방향으로 자기자유층(140)에 인가한다. 그리고 도 6과 도 8에서 살펴본 바와 같이, 자기소용돌이 코어를 다운-상태(320b)에서 업-상태(320a)로 전환시킬 때, 인가되는 전류의 크기를 최소화하여 정보 기록시 소요되는 전력을 최소화하기 위해서는 반치폭이
Figure 112010004222612-pat00024
인 펄스 형태(가우시안 펄스인 경우 A는
Figure 112010004222612-pat00025
)를 갖는 제1 전류를 Y 방향으로 자기자유층(140)에 인가한 후,
Figure 112010004222612-pat00026
만큼의 시간 간격을 두고 반치폭이
Figure 112010004222612-pat00027
인 펄스 형태(가우시안 펄스인 경우 A는
Figure 112010004222612-pat00028
)를 갖는 제2 전류를 X 방향으로 자기자유층(140)에 인가한다. 이와 같이 전류를 인가하면, 정보기록시 소요되는 전력이 최소가 된다.
도 9는 자기자유층(140)에 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제1 전류와 제2 전류가 인가되도록 할 수 있는 자기기록소자의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 이용되는 자기기록소자(800)는 자기자유층(140)과 구동전극(850a, 850b, 851a, 851b)을 구비한다.
자기자유층(140)은 원판의 형상으로 형성된다. 자기자유층(140)은 퍼멀로이라 불리는 철-니켈 합금과 같은 강자성 물질로 이루어질 수 있다. 그리고 자기자유층(140)은 자기소용돌이가 형성될 수 있는 두께와 직경을 갖는다.
구동전극(850a, 850b, 851a, 851b)은 한쪽으로 길게 뻗은 평판의 형상으로 형성된다. 구동전극(850a, 850b, 851a, 851b)은 티타늄과 금의 이중층(bilayer)으로 형성될 수 있다. 구동전극(850a, 850b, 851a, 851b) 중 참조번호 850a로 표시된 구동전극(제1-1 구동전극)과 참조번호 850b로 표시된 구동전극(제1-2 구동전극)이 하나의 구동전극쌍을 이루고, 참조번호 851a로 표시된 구동전극(제2-1 구동전극)과 참조번호 851b로 표시된 구동전극(제2-2 구동전극)이 다른 하나의 구동전극쌍을 이룬다. 설명의 편의상 제1-1 구동전극(850a)과 제1-2 구동전극(850b)으로 이루어진 구동전극쌍을 제1 구동전극쌍(850)이라 하고, 제2-1 구동전극(851a)과 제2-2 구동전극(851b)로 이루어진 구동전극쌍을 제2 구동전극쌍(851)이라 한다. 그리고 구동전극(850a, 850b, 851a, 851b)은 자기자유층(140)의 둘레방향을 따라 90°간격으로 형성되며, 구동전극(850a, 850b, 851a, 851b)과 자기자유층(140)은 오믹 콘택(ohmic contact)되도록 배치된다.
이로 인해 제1 구동전극쌍(850)과 제2 구동전극쌍(851)에 전압을 인가하면 자기자유층(140)에 전류가 흐르게 된다. 제1-2 구동전극(850b)을 기준으로 제1-1 구동전극(850a)에 양(+)의 펄스 형태의 제1 전압을 인가한 후, 제2-2 구동전극(851b)을 기준으로 제2-1 구동전극(851a)에 양(+)의 펄스 형태의 제2 전압을 인가하면, 도 3에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)에 반시계 방향으로 회전하는 전류(410)가 인가된다. 반대로, 제2-2 구동전극(851b)을 기준으로 제2-1 구동전극(851a)에 양(+)의 펄스 형태의 제1 전압을 인가한 후, 제1-2 구동전극(850b)을 기준으로 제1-1 구동전극(850a)에 양(+)의 펄스 형태의 제2 전압을 인가하면, 도 4에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)에 시계 방향으로 회전하는 전류(420)가 인가된다.
그리고 제1 구동전극쌍(850)과 제2 구동전극쌍(851)은 90°의 간격을 이루고 있으므로, 제1 전압과 제2 전압이 인가되는 시간 간격은
Figure 112010004222612-pat00029
로 설정되면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때, 전력 소모가 최소가 된다. 그리고 인가되는 제1 전압과 제2 전압은 가우시안 펄스 형태일 수 있으며, 이때의 제1 전압과 제2 전압의 반치폭은
Figure 112010004222612-pat00030
로 설정되면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때, 전력 소모가 최소가 된다.
도 10 및 도 11은 세 개의 펄스 형태의 전류가 120°(2π/3)의 각도로 인가되는 경우를 나타낸 도면으로, 도 10은 세 개의 펄스 형태의 전류에 의해 자기자유층에 반시계 방향으로 회전하는 전류가 인가되는 경우를 나타내는 도면이고, 도 11은 세 개의 펄스 형태의 전류에 의해 자기자유층에 시계 방향으로 회전하는 전류가 인가되는 경우를 나타내는 도면이다.
세 개의 펄스 형태의 전류(제1 전류, 제2 전류, 제3 전류)를 도 10에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)에 인가하면, 반시계 방향으로 회전하는 전류(910)가 자기자유층(140)에 인가된다. 즉, X1 방향을 갖는 제1 전류를 인가한 후, X2 방향을 갖는 제2 전류를 인가하고, X3 방향을 갖는 제3 전류를 인가하면, 도 10에 도시된 바와 같이, 자기자유층(140)에 반시계 방향으로 회전하는 전류(910)가 인가되는데, 이때 인가되는 전류(910)의 개략적인 형태는 좌편광 전류와 유사하다. 따라서 제1 전류, 제2 전류 및 제3 전류를 도 10에 도시된 바와 같이 인가하면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 +Z 방향(업-상태, 320a)에서 -Z 방향(다운-상태, 320b)으로 전환시킬 때, 상대적으로 작은 전력이 소모된다.
이와는 반대로, 세 개의 펄스 형태의 전류(제1 전류, 제2 전류, 제3 전류)를 도 11에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)에 인가하면, 시계 방향으로 회전하는 전류(920)가 자기자유층(140)에 인가된다. 즉, X3 방향을 갖는 제1 전류를 인가한 후, X2 방향을 갖는 제2 전류를 인가하고, X1 방향을 갖는 제3 전류를 인가하면, 도 11에 도시된 바와 같이, 자기자유층(140)에 시계 방향으로 회전하는 전류(920)가 인가되는데, 이때 인가되는 전류(920)의 개략적인 형태는 우편광 전류와 유사하다. 따라서 제1 전류, 제2 전류 및 제3전류를 도 11에 도시된 바와 같이 인가하면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 -Z 방향(다운-상태, 320b)에서 +Z 방향(업-상태, 320a)으로 전환시킬 때, 상대적으로 작은 전력이 소모된다.
도 10 및 도 11에서 제1 전류와 제2 전류가 이루는 각도(θ1)와 제2 전류와 제3 전류가 이루는 각도(θ2)는 모두 120°(⅔π)이므로, 제1 전류와 제2 전류의 시간 간격(t1)과 제2 전류의 제3 전류의 시간 간격(t2)은 모두
Figure 112010004222612-pat00031
(수학식 1 참조)로 설정될 경우, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때 소요되는 전력이 최소가 된다. 그리고 제1 전류, 제2 전류 및 제3 전류의 반치폭은 수학식 2에 나타낸 바와 같이,
Figure 112010004222612-pat00032
인 것이 바람직하다. 특히, 제1 전류, 제2 전류 및 제3 전류가 가우시안 형태의 펄스인 경우에는 A가
Figure 112010004222612-pat00033
로 설정될 때, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때 소요되는 전력이 최소가 된다.
도 12 및 도 13은 세 개의 펄스 형태의 전류가 90°(π/2)의 각도로 인가되는 경우를 나타낸 도면으로, 도 12는 세 개의 펄스 형태의 전류에 의해 자기자유층에 반시계 방향으로 회전하는 전류가 인가되는 경우를 나타내는 도면이고, 도 13은 세 개의 펄스 형태의 전류에 의해 자기자유층에 시계 방향으로 회전하는 전류가 인가되는 경우를 나타내는 도면이다.
세 개의 펄스 형태의 전류(제1 전류, 제2 전류, 제3 전류)를 도 12에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)에 인가하면, 반시계 방향으로 회전하는 전류(1110)가 자기자유층(140)에 인가된다. 즉, X 방향을 갖는 제1 전류를 인가한 후, Y 방향을 갖는 제2 전류를 인가하고, -X 방향을 갖는 제3 전류를 인가하면, 도 12에 도시된 바와 같이, 자기자유층(140)에 반시계 방향으로 회전하는 전류(1110)가 인가되는데, 이때 인가되는 전류(1110)의 개략적인 형태는 좌편광 전류와 유사하다. 따라서 제1 전류, 제2 전류 및 제3 전류를 도 12에 도시된 바와 같이 인가하면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 +Z 방향(업-상태, 320a)에서 -Z 방향(다운-상태, 320b)으로 전환시킬 때, 상대적으로 작은 전력이 소모된다.
이와는 반대로, 세 개의 펄스 형태의 전류(제1 전류, 제2 전류, 제3 전류)를 도 13에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)에 인가하면, 시계 방향으로 회전하는 전류(1120)가 자기자유층(140)에 인가된다. 즉, -X 방향을 갖는 제1 전류를 인가한 후, Y 방향을 갖는 제2 전류를 인가하고, X 방향을 갖는 제3 전류를 인가하면, 도 13에 도시된 바와 같이, 자기자유층(140)에 시계 방향으로 회전하는 전류(1120)가 인가되는데, 이때 인가되는 전류(1120)의 개략적인 형태는 우편광 전류와 유사하다. 따라서 제1 전류, 제2 전류 및 제3전류를 도 13에 도시된 바와 같이 인가하면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 -Z 방향(다운-상태, 320b)에서 +Z 방향(업-상태, 320a)으로 전환시킬 때, 상대적으로 작은 전력이 소모된다.
도 12 및 도 13에서 제1 전류와 제2 전류가 이루는 각도(θ1)와 제2 전류와 제3 전류가 이루는 각도(θ2)는 모두 90°(π/2)이므로, 제1 전류와 제2 전류의 시간 간격(t1)과 제2 전류의 제3 전류의 시간 간격(t2)은 모두
Figure 112010004222612-pat00034
(수학식 1 참조)로 설정될 경우, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때 소요되는 전력이 최소가 된다. 그리고 제1 전류, 제2 전류 및 제3 전류의 반치폭은 수학식 2에 나타낸 바와 같이,
Figure 112010004222612-pat00035
인 것이 바람직하다. 특히, 제1 전류, 제2 전류 및 제3 전류가 가우시안 형태의 펄스인 경우에는 A가
Figure 112010004222612-pat00036
로 설정될 때, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때 소요되는 전력이 최소가 된다.
이상에서, 펄스 형태의 복수의 전류를 자기자유층(140)에 인가하여 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때, 전력 소모가 최소가 되는 시간 간격(ti)과 반치폭(tFWHM)에 대해서 알아보았다. 그러나 펄스 형태의 전류를 주기적으로 인가하게 되면, 전력 소모를 더 작게 할 수 있다. 즉, 펄스 형태의 전류를 주기적으로 인가하면, 임계 전류의 크기가 더욱 작아지게 된다.
따라서 자기자유층(140)에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 전류 내지 제n 전류(n은 2 이상의 자연수)를 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하되, 제1 전류 내지 제n 전류를 각각 주기적으로 복수 회 인가하여, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 수 있다.
이 경우에도 제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)은 상술한 수학식 1과 같이
Figure 112010004222612-pat00037
로 설정되고, 제1 전류 내지 제n 전류의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 상술한 수학식 2와 같이
Figure 112010004222612-pat00038
로 설정되는 것이 전력 소모의 최소화에 유리하다. 그리고 제1 전류 내지 제n 전류의 인가 주기(T)가 수학식 9로 설정되면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때 전력 소모가 최소가 된다.
[수학식 9]
Figure 112010004222612-pat00039
수학식 9의 νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수이다.
도 14는 펄스 형태의 제1 전류와 제2 전류가 90°(π/2)의 각도로 인가되되, 제1 전류와 제2 전류가 주기적으로 인가되는 경우를 나타낸 도면이다.
두 개의 펄스 형태의 전류(제1 전류, 제2 전류)를 도 14에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)에 인가하면, 반시계 방향으로 회전하는 전류가 자기자유층(140)에 인가된다. 그리고 제1 전류와 제2 전류가 주기적으로 인가되므로, 반시계 방향으로 회전하는 전류가 주기적으로 자기자유층(140)에 인가된다. 이와 같이 전류가 주기적으로 자기자유층(140)에 인가되면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시키기 위한, 임계 전류의 크기가 감소하여 전력 소모가 줄어들게 된다.
제1 전류와 제2 전류가 인가되는 주기(T)에 따라 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되는 임계 전류의 크기를 도 15에 나타내었다. 이때, 제1 전류와 제2 전류의 반치폭(tFWHM)은
Figure 112010004222612-pat00040
로 설정하였고, 제1 전류와 제2 전류의 시간 간격(t1)은
Figure 112010004222612-pat00041
로 설정하였다. 도 15에서 제1 전류와 제2 전류가 인가되는 주기(T)를 나타내는 x축은
Figure 112010004222612-pat00042
로 정규화된 값으로 나타내었다.
도 15를 살펴보면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시키는 임계 전류의 크기는 제1 전류와 제2 전류의 주기(T)가
Figure 112010004222612-pat00043
의 정수 배일 때 최소가 됨을 알 수 있다. 즉, 제1 전류와 제2 전류의 주기(T)가
Figure 112010004222612-pat00044
로 설정되면, 임계 전류의 크기가 최소가 되어, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때, 전력 소모가 최소가 된다.
그리고 제1 전류와 제2 전류의 인가 회수에 따라 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되는 임계 전류의 크기를 도 16에 나타내었다. 이때, 제1 전류와 제2 전류의 반치폭(tFWHM)은
Figure 112010004222612-pat00045
로 설정하였고, 제1 전류와 제2 전류의 시간 간격(t1)은
Figure 112010004222612-pat00046
로 설정하였으며, 제1 전류와 제2 전류의 인가 주기(T)는
Figure 112010004222612-pat00047
로 설정하였다.
도 16을 살펴보면, 제1 전류와 제2 전류를 주기적으로 인가함에 따라 임계 전류의 크기가 현격하게 감소함을 알 수 있으며, 제1 전류와 제2 전류를 각각 5회 정도 주기적으로 인가하면, 1회 인가할 때에 비하여 25 % 정도로 임계 전류의 크기가 작아짐을 알 수 있다. 즉, 제1 전류와 제2 전류를 각 1회 인가하여 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환하는 경우에 비하여, 25 % 정도의 크기를 갖는 제1 전류와 제2 전류를 각각 5회 주기적으로 인가하면 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 수 있다. 따라서 복수의 펄스 형태의 전류를 주기적으로 인가함으로써, 현저히 작은 크기를 갖는 전류를 이용하더라도 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 수 있으므로, 정보 기록시 전력 소모를 현격히 감소시킬 수 있게 된다.
실시예 1-2 : 펄스 형태의 자기장을 이용한 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향 전환
본 실시예에서는 펄스 형태의 복수의 자기장(제1 자기장 내지 제m 자기장, m은 2 이상의 자연수)를 자기자유층(140)에 인가하는 방식으로 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킨다. 이때, 자기자유층(140)에 시간에 따라 방향이 변하는 형태의 자기장이 인가되도록, 상기 펄스 형태의 복수의 자기장은 각각 서로 다른 방향을 가지며, 시간 간격을 두고 인가된다. 이때, 제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)은 수학식 5로 설정되고, 제1 자기장 내지 제m 자기장의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 수학식 6으로 설정된다.
[수학식 5]
Figure 112010004222612-pat00048
[수학식 6]
Figure 112010004222612-pat00049
수학식 5의 θj는 제j 자기장과 제j+1 자기장이 이루는 각도이고, 수학식 6의 A는 2 내지 4 사이 값을 갖는 상수이며, 수학식 5, 6의 νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수이다.
제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)과 제1 자기장 내지 제m 자기장의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 각각 수학식 5와 수학식 6과 같이 설정될 때, 최소의 크기를 갖는 자기장으로서 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 수 있다. 따라서 제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)과 제1 자기장 내지 제m 자기장의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 각각 수학식 5와 수학식 6과 같이 설정되어야, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시키기 위한 전력 소비가 최소가 된다.
본 실시예(제1-2 실시예)에서 자기자유층(140)에 자기장을 인가하여 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환하는 것은 제1-1 실시예에서 자기자유층(140)에 전류를 인가하여 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환하는 것과 비교하면, 전류 대신에 자기장을 인가한다는 점만 제외하면 유사하다. 두 개의 펄스 형태의 자기장을 90°의 각도로 인가하면, 두 개의 자기장을 인가하는 시간 간격(t1)은 제1-1 실시예의 도 3과 도 4와 유사하게
Figure 112010004222612-pat00050
로 설정하는 것이 바람직하다. 그리고 세 개의 펄스 형태의 자기장을 인가할 때, 제1 자기장과 제2 자기장이 이루는 각도와 제2 자기장과 제 3자기장이 이루는 각도가 120°인 경우, 제1 자기장과 제2 자기장 사이의 시간 간격(t1)과 제2 자기장과 제3 자기장 사이의 시간 간격(t2)은 제1-1 실시예의 도 10과 도 11과 유사하게
Figure 112010004222612-pat00051
로 설정하는 것이 바람직하다. 그리고 세 개의 펄스 형태의 자기장을 인가할 때, 제1 자기장과 제2 자기장이 이루는 각도와 제2 자기장과 제 3자기장이 이루는 각도가 90°인 경우, 제1 자기장과 제2 자기장 사이의 시간 간격(t1)과 제2 자기장과 제3 자기장 사이의 시간 간격(t2) 역시 제1-1 실시예의 도 12와 도 13과 유사하게
Figure 112010004222612-pat00052
로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 인가되는 자기장이 가우시안 펄스 형태인 경우, 각각의 자기장의 반치폭(tFWHM)은
Figure 112010004222612-pat00053
로 설정하는 것이 바람직하다.
도 17은 자기자유층(140)에 펄스 형태의 제1 자기장과 제2 자기장이 인가되도록 할 수 있는 자기기록소자의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에 이용되는 자기기록소자(1500)는 자기자유층(140)과 구동도선(1550, 1551)을 구비한다.
자기자유층(140)은 원판의 형상으로 형성된다. 자기자유층(140)은 퍼멀로이라 불리는 철-니켈 합금과 같은 강자성 물질로 이루어질 수 있다. 그리고 자기자유층(140)은 자기소용돌이가 형성될 수 있는 두께와 직경을 갖는다.
2 개의 구동도선(1550, 1551)은 자기자유층(140)의 상부 중앙부를 덮는 형태로 배치되게 형성된다. 바람직하게는 2개의 구동도선(1550, 1551)이 90°의 각도로 교차되게 형성한다. 구동도선(1550, 1551)은 티타늄과 금의 이중층으로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 구동도선(1550, 1551)을 통해 전류를 인가하게 되면, 자기자유층(140)에 자기장이 인가된다. 도 17에서는 2 개의 구동도선(1550, 1551) 모두가 자기자유층(140)의 상부에 형성되어 있는 것에 대해 도시하였으나, 2 개의 구동도선 모두가 자기자유층(140)의 하부에 형성되는 경우도 유사하다. 그리고 2 개의 구동도선 중 하나는 자기자유층(140)의 상부에 형성되고 다른 하나는 자기자유층(140)의 하부에 형성되는 경우도 유사하다. 설명의 편의상 참조번호 1550으로 표시된 구동도선을 제1 구동도선, 참조번호 1551로 표시된 구동도선을 제2 구동도선이라 한다.
이로 인해 제1 구동도선(1550)과 제2 구동도선(1551)에 전류를 흐르게 하면 자기자유층(140)에 자기장이 인가된다. 제1 구동도선(1550)의 왼쪽에서 오른쪽으로 제1 전류가 흐르게 한 후, 제2 구동도선(1551)의 아래쪽에서 위쪽으로 제2 전류가 흐르게 하면, 자기자유층(140)에는 반시계 방향으로 회전하는 자기장이 인가된다. 반대로 제2 구동도선(1551)의 아래쪽에서 위쪽으로 제1 전류가 흐르게 한 후, 제1 구동도선(1550)의 왼쪽에서 오른쪽으로 제2 전류가 흐르게 하면, 자기자유층(140)에는 시계 방향으로 회전하는 자기장이 인가된다.
그리고 제1 구동도선(1550)과 제2 구동도선(1551)은 90°의 각도로 교차 형성되어 있으므로, 제1 전류와 제2 전류가 인가되는 시간 간격이
Figure 112010004222612-pat00054
로 설정되면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때, 전력 소모가 최소가 된다. 그리고 제1 전류와 제2 전류는 가우시안 펄스 형태일 수 있으며, 이때의 제1 전류와 제2 전류의 반치폭이
Figure 112010004222612-pat00055
로 설정되면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때, 전력 소모가 최소가 된다.
이상에서, 펄스 형태의 복수의 자기장을 자기자유층(140)에 인가하여 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때, 전력 소모가 최소가 되는 시간 간격(tj)과 반치폭(tFWHM)에 대해서 알아보았다. 그러나 펄스 형태의 자기장을 주기적으로 인가하게 되면, 전력 소모를 더 작게 할 수 있다. 즉, 펄스 형태의 자기장을 주기적으로 인가하면, 임계 자기장의 크기가 더욱 작아지게 된다.
따라서 자기자유층(140)에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 자기장 내지 제m 자기장(m은 2 이상의 자연수)를 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하되, 제1 자기장 내지 제m 자기장을 각각 주기적으로 복수 회 인가하여, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 수 있다.
이 경우에도 제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)은 상술한 수학식 5와 같이
Figure 112010004222612-pat00056
로 설정되고, 제1 자기장 내지 제m 자기장의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 상술한 수학식 6과 같이
Figure 112010004222612-pat00057
로 설정되는 것이 전력 소모의 최소화에 유리하다. 그리고 제1 자기장 내지 제m 자기장의 인가 주기(T)가 수학식 10으로 설정되면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 때 전력 소모가 최소가 된다.
[수학식 10]
Figure 112010004222612-pat00058
수학식 10의 νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수이다.
주기적으로 펄스 형태의 전류를 인가할 때와 마찬가지로, 자기장을 1회 인가할 때보다 주기적으로 인가하는 경우, 전력 소모가 감소한다. 즉, 펄스 형태의 자기장을 주기적으로 자기자유층(140)에 인가하면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시키기 위한 임계 자기장의 크기가 감소하게 된다. 특히, 수학식 10과 같이 주기가
Figure 112010004222612-pat00059
로 설정된 경우, 임계 자기장의 크기가 최소가 된다. 이는 제1-1 실시예의 도 15의 결과와 동일하다. 그리고 제1 자기장과 제2 자기장의 인가 회수에 따라 임계 자기장의 크기 역시 제1-1 실시예의 도 16의 결과와 동일하다. 즉, 제1 자기장과 제2 자기장을 주기적으로 인가함에 따라 임계 전류의 크기가 현격하게 감소하게 되며, 제1 자기장과 제2 자기장을 각각 5회 정도 주기적으로 인가하면, 1회 인가할 때에 비하여 25 % 정도로 임계 자기장의 크기가 작아지게 된다. 따라서 복수의 펄스 형태의 자기장을 주기적으로 인가함으로써, 현저히 작은 크기를 갖는 자기장을 이용하더라도 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시킬 수 있으므로, 정보 기록시 전력 소모를 현격히 감소시킬 수 있게 된다.
이상에서, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환시켜 자기자유층(140)을 구비한 자기기록소자에 정보를 기록하는 방법에 대해서 살펴보았다. 이를 위해, 자기자유층(140)에 펄스 형태의 전류 또는 자기장을 인가하는 방법을 이용하였다. 다음으로는, 자기자유층(140)을 구비한 자기기록소자에 기록된 정보를 판독하는 방법에 대해 살펴본다.
본 발명에 이용되는 자기기록소자는 자기자유층(140)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화의 방향에 따라 정보를 기록하므로, 기록된 정보를 판독하기 위해서는 자기자유층(140)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화의 방향을 판별해야 한다. 자기소용돌이 코어의 수직자화의 방향을 판별하기 위해, 자기자유층(140)에 원편광 전류 또는 원편광 자기장을 인가할 수 있다. 상술한 바와 같이, 자기자유층(140)에 원편광 전류 또는 원편광 자기장을 인가하면, 자기자유층(140)에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어가 회전한다. 이때, 자기소용돌이 코어의 회전 속도가 임계 속도보다 크면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되어 정보를 기록할 수 있다. 그러나 기록된 정보를 판독하기 위해서는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되지 않도록 하여야 하므로, 자기소용돌이 코어의 회전 속도가 임계 속도에 도달하지 않는 범위에서 원편광 전류 또는 원편광 자기장을 인가한다. 이때, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 회전 반경이 다르게 되므로, 회전 반경을 판별할 수 있는 물리량을 측정하면, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 판별할 수 있게 된다.
구체적으로 살펴보면, 자기자유층(140)에 좌편광 전류 또는 좌편광 자기장을 인가하면, 자기소용돌이 코어가 업-상태(320a)에 있을 때는 회전 반경이 크지만, 자기소용돌이 코어가 다운-상태(320b)에 있을 때는 회전 반경이 작다. 반대로, 자기자유층(140)에 우편광 전류 또는 우편광 자기장을 인가하면, 자기소용돌이 코어가 다운-상태(320b)에 있을 때는 회전 반경이 크지만, 자기소용돌이 코어가 업-상태(320a)에 있을 때는 회전 반경이 작다. 따라서 자기자유층(140)에 원편광 전류 또는 원편광 자기장을 인가하면 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 회전 반경이 다르게 된다.
그러나 자기소용돌이 코어의 회전 반경을 직접적으로 측정하는 것이 용이치 않으므로, 자기소용돌이 코어의 회전 반경을 판별할 수 있는 물리량을 측정하여 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 판별하게 된다. 예컨대, 자기자유층(140)의 하부에 기준 자화를 제공하는 자기고정층을 배치한 후, 자기저항을 측정하게 되면, 자기소용돌이 코어의 회전 반경에 따라 자기저항의 크기 또는 시간에 따른 변화율이 서로 다르게 된다. 이때, 자기자유층(140)과 자기고정층 사이에 비자기 전도막이 형성된 경우라면 측정되는 값은 거대자기저항(giant magneto resistance, GMR)이 되고, 자기자유층(140)과 자기고정층 사이에 절연막이 형성된 경우라면 측정되는 값은 터널링자기저항(tunneling magneto resistance, TMR) 값이 된다. 어떤 경우든 자기자유층(140)에 원편광 전류 또는 원편광 자기장을 인가하고 GMR 또는 TMR을 측정하게 된다면, 자기소용돌이 코어의 회전 반경을 도출할 수 있게 되어 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 판별할 수 있게 된다.
자기소용돌이 코어의 회전 반경을 판별할 수 있는 또 다른 예는 자기자유층(140)의 주변에 판독 도선을 배치하는 것이다. 자기소용돌이 코어가 회전하게 되면, 자기소용돌이 코어에서 발생하는 외스테드 자기장(Oesterd field)이 변화하게 되므로, 판독 도선에 유도 전류가 흐르게 된다. 이때, 자기소용돌이 코어의 회전 반경에 따라 판독 도선에 흐르는 유도 전류가 변하게 되므로, 유도 전류를 측정함으로써, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 판별할 수 있게 된다. 이와 같이, 자기소용돌이 코어를 회전시킨 후, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 판별하는 방법에 대해서는 기출원된 한국특허출원 제10-2007-0105593호에 상세히 설명되어 있다.
그러나 원편광 전류 또는 원편광 자기장은 상술한 바와 같이, 사인파형 또는 코사인파형의 전류 또는 자기장을 서로 다른 방향에서 인가하는 방식으로 자기자유층(140)에 인가하여야 한다. 이러한 사인파형 또는 코사인 파형의 전류 또는 자기장은 서로 다른 극성(bipolar)의 전류 또는 자기장을 주기적으로 인가하는 형태가 되므로, 실제 소자의 구동에 적용하기에 적합하지 않다.
이러한 문제점을 개선하기 위해 안출된 것이 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보판독방법으로, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보판독방법은 펄스 형태의 전류 또는 자기장을 이용하여 자기소용돌이 코어를 회전시킨 후, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 판별한다. 즉, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보판독방법은 자기소용돌이 구조가 형성되어 있는 자기자유층(140)을 구비하는 자기기록소자를 준비한 후, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당한다. 그리고 자기자유층(140)에 펄스 형태의 전류 또는 자기장을 인가하여, 자기소용돌이 코어를 회전시킨 후, 자기소용돌이 코어의 회전 반경을 크기를 판별함으로써, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 할당된 "0" 또는 "1"을 판독한다.
자기소용돌이 코어를 회전시킨 후, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 판별하는 방법에 대해서는 앞에 설명하였으므로, 이하의 실시예에서는 자기자유층(140)에 최소의 크기를 갖는 펄스 형태의 전류 또는 자기장을 인가하여, 큰 회전 반경을 갖도록 자기소용돌이 코어를 회전시키는 방법에 대해 살펴본다. 이를 통해 자기기록소자에 기록된 정보 판독시 전력 소모를 최소화하고자 하는 것이다.
실시예 2-1 : 펄스 형태의 전류를 이용한 자기소용돌이 코어의 회전
본 실시예에서는 펄스 형태의 복수의 전류(제1 전류 내지 제n 전류, n은 2 이상의 자연수)를 자기자유층(140)에 인가하는 방식으로 자기소용돌이 코어를 회전시킨다. 이때, 자기자유층(140)에 시간에 따라 방향이 변하는 형태의 전류가 인가되도록, 상기 펄스 형태의 복수의 전류는 각각 서로 다른 방향을 가지며, 시간 간격을 두고 인가된다. 다만, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되지 않도록 임계 전류보다 작은 크기를 갖는 전류를 인가한다. 이때, 제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)은 수학식 1로 설정되고, 제1 전류 내지 제n 전류의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 수학식 2로 설정된다.
[수학식 1]
Figure 112010004222612-pat00060
[수학식 2]
Figure 112010004222612-pat00061
수학식 1의 θi는 제i 전류와 제i+1 전류가 이루는 각도이고, 수학식 2의 A는 2 내지 4 사이 값을 갖는 상수이며, 수학식 1, 2의 νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수이다.
제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)과 제1 전류 내지 제n 전류의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 각각 수학식 1과 수학식 2와 같이 설정될 때, 최소의 크기를 갖는 전류로서 자기소용돌이 코어의 회전 반경을 크게 할 수 있다. 따라서 제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)과 제1 전류 내지 제n 전류의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 각각 수학식 1과 수학식 2와 같이 설정되어야, 자기소용돌이 코어를 회전시키기 위한 전력 소비가 최소가 된다.
이와 같이 자기소용돌이 코어를 회전시키기 위해 복수의 펄스 형태의 전류를 인가할 수 있는데, 예컨대, 두 개의 펄스 형태의 전류 또는 세 개의 펄스 형태의 전류를 인가할 수 있다. 두 개의 펄스 형태의 전류는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 방법으로 인가될 수 있으며, 이때의 시간 간격(t1)은 도 5 및 도 6에서 설명한 바와 같이
Figure 112010004222612-pat00062
(θ1 = π/2)로 설정하는 것이 바람직하다. 세 개의 펄스 형태의 전류는 도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같은 방법으로 인가될 수 있다. 제1 전류와 제2 전류가 이루는 각도와 제2 전류와 제3 전류가 이루는 각도가 도 10과 도 11에 도시된 바와 같이 120°인 경우에는 제1 전류와 제2 전류 사이의 시간 간격(t1)과 제2 전류와 제3 전류 사이의 시간 간격(t2)은
Figure 112010004222612-pat00063
(θ1, θ2 = ⅔π)로 설정하는 것이 바람직하다. 그리고 제1 전류와 제2 전류가 이루는 각도와 제2 전류와 제3 전류가 이루는 각도가 도 12와 도 13에 도시된 바와 같이 90°인 경우에는 제1 전류와 제2 전류 사이의 시간 간격(t1)과 제2 전류와 제3 전류 사이의 시간 간격(t2)은
Figure 112010004222612-pat00064
(θ1, θ2 = π/2)로 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 시간 간격이 설정되어야 최소의 크기를 갖는 전류로 자기소용돌이 코어의 회전 반경을 최대한 크게 할 수 있어, 정보 판독시 전력 소모를 최소화할 수 있다.
그리고 모든 경우에 있어서, 펄스 형태의 전류의 반치폭은 수학식 2에 나타낸 바와 같이
Figure 112010004222612-pat00065
로 설정되는 것이 바람직하다. 특히, 인가되는 전류가 가우시안 형태의 펄스인 경우에는 반치폭을
Figure 112010004222612-pat00066
로 설정(도 7 및 도 8 설명 참조)하는 것이 바람직하다.
제1 전류와 제2 전류를 인가하여 자기소용돌이 코어를 회전시킬 수 있도록 하는 자기기록소자는 상술한 도 9의 자기기록소자의 형태를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 구동전극쌍(850)과 제2 구동전극쌍(851)에 전압을 인가하면 자기자유층(140)에 전류가 흐르게 된다. 제1-2 구동전극(850b)을 기준으로 제1-1 구동전극(850a)에 양(+)의 펄스 형태의 제1 전압을 인가한 후, 제2-2 구동전극(851b)을 기준으로 제2-1 구동전극(851a)에 양(+)의 펄스 형태의 제2 전압을 인가하면, 자기자유층(140)에 반시계 방향으로 회전하는 전류가 인가된다. 반대로, 제2-2 구동전극(851b)을 기준으로 제2-1 구동전극(851a)에 양(+)의 펄스 형태의 제1 전압을 인가한 후, 제1-2 구동전극(850b)을 기준으로 제1-1 구동전극(850a)에 양(+)의 펄스 형태의 제2 전압을 인가하면, 자기자유층(140)에 시계 방향으로 회전하는 전류가 인가된다. 이때 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되지 않도록 제1 전압과 제2 전압을 인가한다.
그리고 제1 구동전극쌍(850)과 제2 구동전극쌍(851)은 90°의 간격을 이루고 있으므로, 제1 전압과 제2 전압이 인가되는 시간 간격은
Figure 112010004222612-pat00067
로 설정되면, 자기소용돌이 코어를 회전시킬 때, 전력 소모가 최소가 된다. 그리고 인가되는 제1 전압과 제2 전압은 가우시안 펄스 형태일 수 있으며, 이때의 제1 전압과 제2 전압의 반치폭은
Figure 112010004222612-pat00068
로 설정되면, 자기소용돌이 코어를 회전시킬 때, 전력 소모가 최소가 된다.
이상에서, 펄스 형태의 복수의 전류를 자기자유층(140)에 인가하여 자기소용돌이 코어를 회전시킬 때, 전력 소모가 최소가 되는 시간 간격(ti)과 반치폭(tFWHM)에 대해서 알아보았다. 그러나 펄스 형태의 전류를 주기적으로 인가하게 되면, 전력 소모를 더 작게 할 수 있다. 즉, 펄스 형태의 전류를 주기적으로 인가하면, 더 작은 크기로 동일한 회전 반경을 얻을 수 있게 된다.
따라서 자기자유층(140)에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 전류 내지 제n 전류(n은 2 이상의 자연수)를 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하되, 제1 전류 내지 제n 전류를 각각 주기적으로 복수 회 인가하여, 자기소용돌이 코어를 회전시킬 수 있다.
이 경우에도 제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)은 상술한 수학식 1과 같이
Figure 112010004222612-pat00069
로 설정되고, 제1 전류 내지 제n 전류의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 상술한 수학식 2와 같이
Figure 112010004222612-pat00070
로 설정되는 것이 전력 소모의 최소화에 유리하다. 그리고 제1 전류 내지 제n 전류의 인가 주기(T)가 수학식 9로 설정되면, 자기소용돌이 코어를 회전시킬 때 전력 소모가 최소가 된다.
[수학식 9]
Figure 112010004222612-pat00071
수학식 9의 νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수이다.
인가되는 펄스 형태의 전류의 주기가 수학식 9에 나타낸 바와 같을 때 전력 소모가 최소가 되는 것에 관해서는 도 15에서 설명하였다.
그리고 정보를 기록할 때와 동일하게 펄스 형태의 전류를 복수 회 주기적으로 인가하면, 더 작은 크기의 전류로 자기소용돌이 코어의 회전 반경을 크게 할 수 있다. 즉 도 16에 도시된 바와 같이, 5회 이상 주기적으로 펄스 형태의 전류를 인가하면, 현저히 작은 크기의 전류로 자기소용돌이 코어의 회전 반경을 크게 할 수 있게 된다.
실시예 2-2 : 펄스 형태의 자기장을 이용한 자기소용돌이 코어의 회전
본 실시예에서는 펄스 형태의 복수의 자기장(제1 자기장 내지 제m 자기장, m은 2 이상의 자연수)을 자기자유층(140)에 인가하는 방식으로 자기소용돌이 코어를 회전시킨다. 이때, 자기자유층(140)에 시간에 따라 방향이 변하는 형태의 자기장이 인가되도록, 상기 펄스 형태의 복수의 자기장은 각각 서로 다른 방향을 가지며, 시간 간격을 두고 인가된다. 다만, 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향이 전환되지 않도록 임계 자기장보다 작은 크기를 갖는 자기장을 인가한다. 이때, 제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)은 수학식 5로 설정되고, 제1 자기장 내지 제m 자기장의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 수학식 6으로 설정된다.
[수학식 5]
Figure 112010004222612-pat00072
[수학식 6]
Figure 112010004222612-pat00073
수학식 5의 θj는 제j 자기장과 제j+1 자기장이 이루는 각도이고, 수학식 6의 A는 2 내지 4 사이 값을 갖는 상수이며, 수학식 5, 6의 νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수이다.
제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)과 제1 자기장 내지 제m 자기장의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 각각 수학식 5와 수학식 6과 같이 설정될 때, 최소의 크기를 갖는 자기장으로서 자기소용돌이 코어를 회전시킬 수 있다. 따라서 제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)과 제1 자기장 내지 제m 자기장의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 각각 수학식 5와 수학식 6과 같이 설정되어야, 자기소용돌이 코어를 회전시키기 위한 전력 소비가 최소가 된다.
본 실시예(제2-2 실시예)에서 자기자유층(140)에 자기장을 인가하여 자기소용돌이 코어를 회전시키는 것은 제2-1 실시예에서 자기자유층(140)에 전류를 인가하여 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 전환하는 것과 비교하면, 전류 대신에 자기장을 인가한다는 점만 제외하면 유사하다. 두 개의 펄스 형태의 자기장을 90°의 각도로 인가하면, 두 개의 자기장을 인가하는 시간 간격(t1)은 제2-1 실시예와 유사하게
Figure 112010004222612-pat00074
로 설정하는 것이 바람직하다. 그리고 세 개의 펄스 형태의 자기장을 인가할 때, 제1 자기장과 제2 자기장이 이루는 각도와 제2 자기장과 제 3자기장이 이루는 각도가 120°인 경우, 제1 자기장과 제2 자기장 사이의 시간 간격(t1)과 제2 자기장과 제3 자기장 사이의 시간 간격(t2)은 제2-1 실시예와 유사하게
Figure 112010004222612-pat00075
로 설정하는 것이 바람직하다. 그리고 세 개의 펄스 형태의 자기장을 인가할 때, 제1 자기장과 제2 자기장이 이루는 각도와 제2 자기장과 제 3자기장이 이루는 각도가 90°인 경우, 제1 자기장과 제2 자기장 사이의 시간 간격(t1)과 제2 자기장과 제3 자기장 사이의 시간 간격(t2) 역시 제2-1 실시예와 유사하게
Figure 112010004222612-pat00076
로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 인가되는 자기장이 가우시안 펄스 형태인 경우, 각각의 자기장의 반치폭(tFWHM)은
Figure 112010004222612-pat00077
로 설정하는 것이 바람직하다.
제1 자기장과 제2 자기장을 인가하여 자기소용돌이 코어를 회전시킬 수 있도록 하는 자기기록소자는 상술한 도 17의 자기기록소자의 형태를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 구동도선(1550)과 제2 구동도선(1551)에 전류를 흐르게 하면 자기자유층(140)에 자기장이 인가된다. 제1 구동도선(1550)의 왼쪽에서 오른쪽으로 제1 전류가 흐르게 한 후, 제2 구동도선(1551)의 아래쪽에서 위쪽으로 제2 전류가 흐르게 하면, 자기자유층(140)에는 반시계 방향으로 회전하는 자기장이 인가된다. 반대로 제2 구동도선(1551)의 아래쪽에서 위쪽으로 제1 전류가 흐르게 한 후, 제1 구동도선(1550)의 왼쪽에서 오른쪽으로 제2 전류가 흐르게 하면, 자기자유층(140)에는 시계 방향으로 회전하는 자기장이 인가된다.
그리고 제1 구동도선(1550)과 제2 구동도선(1551)은 90°의 각도로 교차 형성되어 있으므로, 제1 전류와 제2 전류가 인가되는 시간 간격이
Figure 112010004222612-pat00078
로 설정되면, 자기소용돌이 코어를 회전시킬 때, 전력 소모가 최소가 된다. 그리고 제1 전류와 제2 전류는 가우시안 펄스 형태일 수 있으며, 이때의 제1 전류와 제2 전류의 반치폭이
Figure 112010004222612-pat00079
로 설정되면, 자기소용돌이 코어를 회전시킬 때, 전력 소모가 최소가 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 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (28)

  1. 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계;
    상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 전류 내지 제n 전류(n은 2 이상의 자연수)를 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하여, 상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 상기 자기자유층의 상면 위쪽 또는 상기 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시키는 단계; 및
    상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 포함하며,
    제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)은 하기 수학식 1로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
    [수학식 1]
    Figure 112010004222612-pat00080

    [여기서, θi는 제i 전류와 제i+1 전류가 이루는 각도이고, νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수(eigenfrequency of magnetic vortex gyrotropic motion)이다.]
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전류 내지 제n 전류의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 하기 수학식 2로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
    [수학식 2]
    Figure 112010004222612-pat00081

    [여기서, A는 2 내지 4 사이 값을 갖는 상수이다.]
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자기기록소자는 상기 자기자유층과 오믹 콘택(ohmic contact)되도록 배치된 2 개의 구동전극쌍을 구비하되, 상기 2 개의 구동전극쌍을 이루는 4 개의 구동전극은 상기 자기자유층의 둘레 방향을 따라 90°의 간격으로 배치되며, 서로 마주보고 있는 2 개의 구동전극이 각 하나의 구동전극쌍을 이루고,
    상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 상기 자기자유층의 상면 위쪽 또는 상기 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시키는 단계는, 상기 자기자유층에 제1 전류와 제2 전류를 시간 간격(t1)을 두고 순차적으로 인가하여 수행하는 것으로,
    상기 제1 전류는 상기 2 개의 구동전극쌍 중 어느 하나에 가우시안 펄스 형태의 제1 전압을 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이고, 상기 제2 전류는 상기 2 개의 구동전극쌍 중 나머지 하나에 가우시안 펄스 형태의 제2 전압을 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이며,
    상기 제1 전압과 제2 전압은 하기 수학식 3으로 설정된 시간 간격(t1)을 두고 인가되고, 상기 제1 전압과 제2 전압의 반치폭(tFWHM)은 하기 수학식 4로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
    [수학식 3]
    Figure 112010004222612-pat00082

    [수학식 4]
    Figure 112010004222612-pat00083
  4. 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계;
    상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 자기장 내지 제m 자기장(m은 2 이상의 자연수)을 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하여, 상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 상기 자기자유층의 상면 위쪽 또는 상기 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시키는 단계; 및
    상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 포함하며,
    제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)은 하기 수학식 5로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
    [수학식 5]
    Figure 112010004222612-pat00084

    [여기서, θj는 제j 자기장과 제j+1 자기장이 이루는 각도이고, νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수(eigenfrequency of magnetic vortex gyrotropic motion)이다.]
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 자기장 내지 제m 자기장의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 하기 수학식 6으로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
    [수학식 6]
    Figure 112010004222612-pat00085

    [여기서, A는 2 내지 4 사이 값을 갖는 상수이다.]
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자기기록소자는 상기 자기자유층의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 일 방향으로 길게 뻗은 형상의 2 개의 구동도선을 구비하되, 상기 2 개의 구동도선은 형성방향이 서로 직교하도록 배치되며,
    상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 상기 자기자유층의 상면 위쪽 또는 상기 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시키는 단계는, 상기 자기자유층에 제1 자기장과 제2 자기장을 시간 간격(t1)을 두고 순차적으로 인가하여 수행하는 것으로,
    상기 제1 자기장은 상기 2 개의 구동도선 중 어느 하나에 가우시안 펄스 형태의 제1 전류를 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이고, 상기 제2 자기장은 상기 2 개의 구동도선 중 나머지 하나에 가우시안 펄스 형태의 제2 전류를 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이며,
    상기 제1 전류와 제2 전류는 하기 수학식 7로 설정된 시간 간격(t1)을 두고 인가되고, 상기 제1 전류와 제2 전류의 반치폭(tFWHM)은 하기 수학식 8로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
    [수학식 7]
    Figure 112010004222612-pat00086

    [수학식 8]
    Figure 112010004222612-pat00087
  7. 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계;
    상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;
    상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 전류 내지 제n 전류(n은 2 이상의 자연수)를 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하여, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 상기 자기자유층 상에서 회전시키는 단계; 및
    상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경은 상기 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 달라지고, 상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경의 크기를 판별함으로써, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 할당된 "0" 또는 "1"을 판독하는 단계;를 포함하며,
    제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)은 하기 수학식 1로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
    [수학식 1]
    Figure 112010004222612-pat00088

    [여기서, θi는 제i 전류와 제i+1 전류가 이루는 각도이고, νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수(eigenfrequency of magnetic vortex gyrotropic motion)이다.]
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전류 내지 제n 전류의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 하기 수학식 2로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
    [수학식 2]
    Figure 112010004222612-pat00089

    [여기서, A는 2 내지 4 사이 값을 갖는 상수이다.]
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자기기록소자는 상기 자기자유층과 오믹 콘택(ohmic contact)되도록 배치된 2 개의 구동전극쌍을 구비하되, 상기 2 개의 구동전극쌍을 이루는 4 개의 구동전극은 상기 자기자유층의 둘레 방향을 따라 90°의 간격으로 배치되며, 서로 마주보고 있는 2 개의 구동전극이 각 하나의 구동전극쌍을 이루고,
    상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 상기 자기자유층 상에서 회전시키는 단계는, 상기 자기자유층에 제1 전류와 제2 전류를 시간 간격(t1)을 두고 순차적으로 인가하여 수행하는 것으로,
    상기 제1 전류는 상기 2 개의 구동전극쌍 중 어느 하나에 가우시안 펄스 형태의 제1 전압을 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이고, 상기 제2 전류는 상기 2 개의 구동전극쌍 중 나머지 하나에 가우시안 펄스 형태의 제2 전압을 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이며,
    상기 제1 전압과 제2 전압은 하기 수학식 3으로 설정된 시간 간격(t1)을 두고 인가되고, 상기 제1 전압과 제2 전압의 반치폭(tFWHM)은 하기 수학식 4로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
    [수학식 3]
    Figure 112010004222612-pat00090

    [수학식 4]
    Figure 112010004222612-pat00091
  10. 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계;
    상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;
    상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 자기장 내지 제m 자기장(m은 2 이상의 자연수)을 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하여, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 상기 자기자유층 상에서 회전시키는 단계; 및
    상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경은 상기 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 달라지고, 상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경의 크기를 판별함으로써, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 할당된 "0" 또는 "1"을 판독하는 단계;를 포함하며,
    제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)은 하기 수학식 1로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
    [수학식 5]
    Figure 112010004222612-pat00092

    [여기서, θj는 제j 자기장과 제j+1 자기장이 이루는 각도이고, νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수(eigenfrequency of magnetic vortex gyrotropic motion)이다.]
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 자기장 내지 제m 자기장의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 하기 수학식 6으로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
    [수학식 6]
    Figure 112010004222612-pat00093

    [여기서, A는 2 내지 4 사이 값을 갖는 상수이다.]
  12. 제11항에 있어서,
    상기 자기기록소자는 상기 자기자유층의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 일 방향으로 길게 뻗은 형상의 2 개의 구동도선을 구비하되, 상기 2 개의 구동도선은 형성방향이 서로 직교하도록 배치되며,
    상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 상기 자기자유층 상에서 회전시키는 단계는, 상기 자기자유층에 제1 자기장과 제2 자기장을 시간 간격(t1)을 두고 순차적으로 인가하여 수행하는 것으로,
    상기 제1 자기장은 상기 2 개의 구동도선 중 어느 하나에 가우시안 펄스 형태의 제1 전류를 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이고, 상기 제2 자기장은 상기 2 개의 구동도선 중 나머지 하나에 가우시안 펄스 형태의 제2 전류를 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이며,
    상기 제1 전류와 제2 전류는 하기 수학식 7로 설정된 시간 간격(t1)을 두고 인가되고, 상기 제1 전류와 제2 전류의 반치폭(tFWHM)은 하기 수학식 8로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
    [수학식 7]
    Figure 112010004222612-pat00094

    [수학식 8]
    Figure 112010004222612-pat00095
  13. 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계;
    상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 전류 내지 제n 전류(n은 2 이상의 자연수)를 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하되, 상기 제1 전류 내지 제n 전류를 각각 주기적으로 복수 회 인가하여, 상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 상기 자기자유층의 상면 위쪽 또는 상기 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시키는 단계; 및
    상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
  14. 제13항에 있어서,
    제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)은 하기 수학식 1로 설정되고, 상기 제1 전류 내지 제n 전류의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 하기 수학식 2로 설정되며, 상기 제1 전류 내지 제n 전류의 인가 주기(T)는 하기 수학식 9로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
    [수학식 1]
    Figure 112010004222612-pat00096

    [수학식 2]
    Figure 112010004222612-pat00097

    [수학식 9]
    Figure 112010004222612-pat00098

    [여기서, θi는 제i 전류와 제i+1 전류가 이루는 각도이고, νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수(eigenfrequency of magnetic vortex gyrotropic motion)이며, A는 2 내지 4 사이 값을 갖는 상수이다.]
  15. 제14항에 있어서,
    상기 자기기록소자는 상기 자기자유층과 오믹 콘택(ohmic contact)되도록 배치된 2 개의 구동전극쌍을 구비하되, 상기 2 개의 구동전극쌍을 이루는 4 개의 구동전극은 상기 자기자유층의 둘레 방향을 따라 90°의 간격으로 배치되며, 서로 마주보고 있는 2 개의 구동전극이 각 하나의 구동전극쌍을 이루고,
    상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 상기 자기자유층의 상면 위쪽 또는 상기 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시키는 단계는, 상기 자기자유층에 제1 전류와 제2 전류를 시간 간격(t1)을 두고 순차적으로 인가하되, 상기 제1 전류와 제2 전류를 각각 주기적으로 복수 회 인가하여 수행하는 것으로,
    상기 제1 전류는 상기 2 개의 구동전극쌍 중 어느 하나에 가우시안 펄스 형태의 제1 전압을 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이고, 상기 제2 전류는 상기 2 개의 구동전극쌍 중 나머지 하나에 가우시안 펄스 형태의 제2 전압을 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이며,
    상기 제1 전압과 제2 전압은 하기 수학식 3으로 설정된 시간 간격(t1)을 두고 인가되고, 상기 제1 전압과 제2 전압의 반치폭(tFWHM)은 하기 수학식 4로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
    [수학식 3]
    Figure 112010004222612-pat00099

    [수학식 4]
    Figure 112010004222612-pat00100
  16. 제14항에 있어서,
    제1 전류 내지 제n 전류는 각각 5회 이상 주기적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
  17. 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계;
    상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 자기장 내지 제m 자기장(m은 2 이상의 자연수)을 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하되, 상기 제1 자기장 내지 제m 자기장을 각각 주기적으로 복수 회 인가하여, 상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 상기 자기자유층의 상면 위쪽 또는 상기 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시키는 단계; 및
    상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
  18. 제17항에 있어서,
    제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)은 하기 수학식 5로 설정되고, 상기 제1 자기장 내지 제m 자기장의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 하기 수학식 6으로 설정되며, 상기 제1 자기장 내지 제m 자기장의 인가 주기(T)는 하기 수학식 10으로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
    [수학식 5]
    Figure 112010004222612-pat00101

    [수학식 6]
    Figure 112010004222612-pat00102

    [수학식 10]
    Figure 112010004222612-pat00103

    [여기서, θj는 제j 자기장과 제j+1 자기장이 이루는 각도이고, νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수(eigenfrequency of magnetic vortex gyrotropic motion)이며, A는 2 내지 4 사이 값을 갖는 상수이다.]
  19. 제18항에 있어서,
    상기 자기기록소자는 상기 자기자유층의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 일 방향으로 길게 뻗은 형상의 2 개의 구동도선을 구비하되, 상기 2 개의 구동도선은 형성방향이 서로 직교하도록 배치되며,
    상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향을 상기 자기자유층의 상면 위쪽 또는 상기 자기자유층의 상면 아래쪽으로 형성시키는 단계는, 상기 자기자유층에 제1 자기장과 제2 자기장을 시간 간격(t1)을 두고 순차적으로 인가하되, 상기 제1 자기장과 제2 자기장을 각각 주기적으로 복수 회 인가하여 수행하는 것으로,
    상기 제1 자기장은 상기 2 개의 구동도선 중 어느 하나에 가우시안 펄스 형태의 제1 전류를 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이고, 상기 제2 자기장은 상기 2 개의 구동도선 중 나머지 하나에 가우시안 펄스 형태의 제2 전류를 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이며,
    상기 제1 전류와 제2 전류는 하기 수학식 7로 설정된 시간 간격(t1)을 두고 인가되고, 상기 제1 자기장과 제2 자기장의 반치폭(tFWHM)은 하기 수학식 8로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
    [수학식 7]
    Figure 112010004222612-pat00104

    [수학식 8]
    Figure 112010004222612-pat00105
  20. 제18항에 있어서,
    제1 자기장 내지 제m 자기장은 각각 5회 이상 주기적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
  21. 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계;
    상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;
    상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 전류 내지 제n 전류(n은 2 이상의 자연수)를 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하되, 상기 제1 전류 내지 제n 전류를 각각 주기적으로 복수 회 인가하여, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 상기 자기자유층 상에서 회전시키는 단계; 및
    상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경은 상기 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 달라지고, 상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경의 크기를 판별함으로써, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 할당된 "0" 또는 "1"을 판독하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
  22. 제21항에 있어서,
    제i 전류와 제i+1 전류(i는 1 내지 n-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(ti)은 하기 수학식 1로 설정되고, 상기 제1 전류 내지 제n 전류의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 하기 수학식 2로 설정되며, 상기 제1 전류 내지 제n 전류의 인가 주기(T)는 하기 수학식 9로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
    [수학식 1]
    Figure 112010004222612-pat00106

    [수학식 2]
    Figure 112010004222612-pat00107

    [수학식 9]
    Figure 112010004222612-pat00108

    [여기서, θi는 제i 전류와 제i+1 전류가 이루는 각도이고, νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수(eigenfrequency of magnetic vortex gyrotropic motion)이며, A는 2 내지 4 사이 값을 갖는 상수이다.]
  23. 제22항에 있어서,
    상기 자기기록소자는 상기 자기자유층과 오믹 콘택(ohmic contact)되도록 배치된 2 개의 구동전극쌍을 구비하되, 상기 2 개의 구동전극쌍을 이루는 4 개의 구동전극은 상기 자기자유층의 둘레 방향을 따라 90°의 간격으로 배치되며, 서로 마주보고 있는 2 개의 구동전극이 각 하나의 구동전극쌍을 이루고,
    상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 상기 자기자유층 상에서 회전시키는 단계는, 상기 자기자유층에 제1 전류와 제2 전류를 시간 간격(t1)을 두고 순차적으로 인가하되, 상기 제1 전류와 제2 전류를 각각 주기적으로 복수 회 인가하여 수행하는 것으로,
    상기 제1 전류는 상기 2 개의 구동전극쌍 중 어느 하나에 가우시안 펄스 형태의 제1 전압을 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이고, 상기 제2 전류는 상기 2 개의 구동전극쌍 중 나머지 하나에 가우시안 펄스 형태의 제2 전압을 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이며,
    상기 제1 전압과 제2 전압은 하기 수학식 3으로 설정된 시간 간격(t1)을 두고 인가되고, 상기 제1 전압과 제2 전압의 반치폭(tFWHM)은 하기 수학식 4로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
    [수학식 3]
    Figure 112011034526310-pat00109

    [수학식 4]
    Figure 112011034526310-pat00110
  24. 제22항에 있어서,
    제1 전류 내지 제n 전류는 각각 5회 이상 주기적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
  25. 수직자화를 갖는 자기소용돌이 코어(magnetic vortex core)와 상기 자기소용돌이 코어 주변을 일 방향으로 회전하도록 배열된 수평자화로 이루어진 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조가 형성되어 있는 자기자유층을 구비하는 자기기록소자를 준비하는 단계;
    상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;
    상기 자기소용돌이가 형성된 자기자유층에 서로 다른 방향을 갖는 펄스 형태의 제1 자기장 내지 제m 자기장(m은 2 이상의 자연수)을 시간 간격을 두고 순차적으로 인가하되, 상기 제1 자기장 내지 제m 자기장을 각각 주기적으로 복수 회 인가하여, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 상기 자기자유층 상에서 회전시키는 단계; 및
    상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경은 상기 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 달라지고, 상기 자기소용돌이 코어의 회전 반경의 크기를 판별함으로써, 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어의 수직자화 방향에 따라 할당된 "0" 또는 "1"을 판독하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
  26. 제25항에 있어서,
    제j 자기장과 제j+1 자기장(j는 1 내지 m-1 사이의 자연수) 사이의 시간 간격(tj)은 하기 수학식 5로 설정되고, 상기 제1 자기장 내지 제m 자기장의 반치폭(full width half maximum, tFWHF)은 하기 수학식 6으로 설정되며, 상기 제1 자기장 내지 제m 자기장의 인가 주기(T)는 하기 수학식 10으로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
    [수학식 5]
    Figure 112010004222612-pat00111

    [수학식 6]
    Figure 112010004222612-pat00112

    [수학식 10]
    Figure 112010004222612-pat00113

    [여기서, θj는 제j 자기장과 제j+1 자기장이 이루는 각도이고, νD는 자기소용돌이 코어가 자이로트로픽 운동할 때의 고유진동수(eigenfrequency of magnetic vortex gyrotropic motion)이며, A는 2 내지 4 사이 값을 갖는 상수이다.]
  27. 제26항에 있어서,
    상기 자기기록소자는 상기 자기자유층의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 일 방향으로 길게 뻗은 형상의 2 개의 구동도선을 구비하되, 상기 2 개의 구동도선은 형성방향이 서로 직교하도록 배치되며,
    상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 코어를 상기 자기자유층 상에서 회전시키는 단계는, 상기 자기자유층에 제1 자기장과 제2 자기장을 시간 간격(t1)을 두고 순차적으로 인가하되, 상기 제1 자기장과 제2 자기장을 각각 주기적으로 복수 회 인가하여 수행하는 것으로,
    상기 제1 자기장은 상기 2 개의 구동도선 중 어느 하나에 가우시안 펄스 형태의 제1 전류를 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이고, 상기 제2 자기장은 상기 2 개의 구동도선 중 나머지 하나에 가우시안 펄스 형태의 제2 전류를 인가함으로써 상기 자기자유층에 인가되는 것이며,
    상기 제1 전류와 제2 전류는 하기 수학식 7로 설정된 시간 간격(t1)을 두고 인가되고, 상기 제1 자기장과 제2 자기장의 반치폭(tFWHM)은 하기 수학식 8로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
    [수학식 7]
    Figure 112010004222612-pat00114

    [수학식 8]
    Figure 112010004222612-pat00115
  28. 제26항에 있어서,
    제1 자기장 내지 제m 자기장은 각각 5회 이상 주기적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보판독방법.
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