KR101831305B1 - 스커미온 자화상태를 제어하는 방법 및 이를 이용한 자기 메모리 소자의 제어 방법 - Google Patents

스커미온 자화상태를 제어하는 방법 및 이를 이용한 자기 메모리 소자의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자성구조체의 표면에 수직한 방향으로 빛을 입사시키는 단계; 상기 빛에 의해 상기 빛의 진행방향과 나란한 방향으로 자기장이 발생하는 단계; 및 상기 자기장에 의해 상기 자성구조체의 어느 일부분의 자화상태를 상기 자기장의 방향으로 정렬시키는 단계;를 포함하되, 상기 빛의 포커싱되는 위치를 조절함으로써 상기 자화상태를 제어하는 스커미온 자화상태를 제어하는 방법 및 상기 제어 방법을 이용하여 상기 자성구조체의 자화상태를 제어함으로써 데이터를 처리할 수 있는 자기 메모리 소자의 제어방법을 제공한다.

Description

스커미온 자화상태를 제어하는 방법 및 이를 이용한 자기 메모리 소자의 제어 방법{Control method for skyrmion magnetization state and using the control method for magnetic memory device}
본 발명은 스커미온 자화상태를 제어하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빛을 이용하여 자성 스커미온을 안정하게 형성할 수 있는 스커미온 자화상태를 제어하는 방법 및 이를 이용한 자기 메모리 소자의 제어 방법에 관한 것이다.
정보 산업이 발달함에 따라 대용량의 정보 처리가 요구되며, 고용량의 정보를 저장할 수 있는 정보 저장매체에 관한 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 일반적으로 정보 저장매체로 널리 사용되는 하드디스크 드라이버는 저장 정보를 읽고 쓰기 위해 디스크를 회전시킨다. 이런 물리적인 운동이 필요한 장비는 진동에 약해 휴대용 기기에 활용하면 안정성과 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
이런 문제를 해결하기 위해 디스크 회전 운동을 디스크의 자화 상태를 이동시키는 것으로 대체하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 최근 가장 주목받는 기술로 소용돌이 모양으로 배열된 스핀들의 구조체로 안정적인 메모리 단위인 스커미온(skyrmion)을 이용한 기술이 있다. 스커미온은 크기가 매우 작고 이동 속도가 빨라 스커미온의 배열 상태를 디지털 신호화하면 초고밀도 · 초고속 메모리 소자를 개발할 수 있다. 스커미온의 배열 상태를 제어하기 위해서 전류를 이용하는 방법을 주로 사용하고 있다.
하지만 전류를 이용해 스커미온을 이동시키는 방법은 전자들에 의해 자화상태가 한쪽으로 휩쓸려가는 현상을 이용한 것으로서, 집중된 전류로 열이 발생하고, 시료의 자화상태가 바뀔 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 전류로 제어하지 않아 시료의 열손상을 방지하고, 대면적에 적용이 가능한 스커미온 자화상태를 제어하는 방법 및 이를 이용한 자기 메모리 소자의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 스커미온 자화상태를 제어하는 방법을 제공한다. 상기 스커미온 자화상태를 제어하는 방법은 자성구조체의 표면에 수직한 방향으로 빛을 입사시키는 단계; 상기 빛에 의해 상기 빛의 진행방향과 나란한 방향으로 자기장이 발생하는 단계; 및 상기 자기장에 의해 상기 자성구조체의 어느 일부분의 자화상태를 상기 자기장의 방향으로 정렬시키는 단계;를 포함하되, 상기 빛의 포커싱되는 위치를 조절함으로써 상기 자화상태를 제어할 수 있다.
상기 스커미온 자화상태를 제어하는 방법에 있어서, 상기 자기장의 세기는 상기 빛의 세기에 의해 변화되며, 상기 빛의 세기는 렌즈를 사용함으로써 제어될 수 있다.
상기 스커미온 자화상태를 제어하는 방법에 있어서, 상기 빛과 상기 렌즈에 의해 정해진 초점거리에 맞는 위치에 상기 자성구조체가 배치될 경우, 제 1 방향으로 정렬된 상기 자성구조체의 상기 자화상태가 상기 자기장에 의해 제 2 방향으로 정렬되되, 상기 제 2 방향으로 정렬된 상기 자화상태가 입사된 상기 빛을 중심축으로 하여 회전시켰을 때, 상기 자화상태가 좌우 대칭 또는 비대칭된 상태로 형성될 수 있다.
상기 스커미온 자화상태를 제어하는 방법에 있어서, 상기 빛과 상기 렌즈에 의해 정해진 초점거리 부근에 상기 자성구조체가 배치될 경우, 제 1 방향으로 정렬된 상기 자성구조체의 상기 자화상태가 상기 자기장에 의해 제 2 방향으로 정렬되되, 상기 제 2 방향으로 정렬된 상기 자화상태가 입사된 상기 빛을 중심축으로 하여 회전시켰을 때, 상기 자화상태가 좌우 대칭된 상태로 형성될 수 있다.
상기 스커미온 자화상태를 제어하는 방법에 있어서, 상기 렌즈를 사용하여 상기 빛을 집속시킬 때 발생하는 수평벡터 성분과 수직벡터 성분에 의해 기울어진 상기 빛을 이용하여 상기 자화상태를 형성할 수 있다.
상기 스커미온 자화상태를 제어하는 방법에 있어서, 상기 자성구조체는 수직자성체를 포함할 수 있다.
상기 스커미온 자화상태를 제어하는 방법에 있어서, 상기 빛은 원형 편광된 레이저를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 스커미온 자화상태를 제어하는 방법을 제공한다. 상기 스커미온 자화상태를 제어하는 방법은 자성구조체를 레이저 빛과 렌즈에 의해 정해진 초점거리만큼 이격되도록 배치하는 단계; 및 상기 자성구조체의 표면에 수직한 방향으로 상기 레이저 빛을 입사함으로써 자기장을 발생시켜 상기 자성구조체의 자화상태를 상기 자기장의 방향으로 정렬시키는 단계;를 포함하고, 상기 자성구조체의 자화상태를 상기 자기장의 방향으로 정렬시키는 단계는, 상기 수직한 방향에서 입사되는 상기 빛에 의해 수직 자기장이 상기 자성구조체에 인가되며, 상기 수직 자기장에 의해 상기 자성구조체의 자화상태가 안정한 상태 또는 불안정한 상태로 형성되는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 스커미온 자화상태를 제어하는 방법을 제공한다. 상기 스커미온 자화상태를 제어하는 방법은 자성구조체를 레이저 빛과 렌즈에 의해 정해진 초점거리 부근에 이격되도록 배치하는 단계; 및 상기 자성구조체의 표면에 수직한 방향으로 상기 레이저 빛을 입사함으로써 자기장을 발생시켜 상기 자성구조체의 자화상태를 상기 자기장의 방향으로 정렬시키는 단계;를 포함하고, 상기 자성구조체의 자화상태를 상기 자기장의 방향으로 정렬시키는 단계는, 기울어진 상기 빛에 의해 수직방향에서 기울어진 자기장이 상기 자성구조체에 인가되며, 상기 자기장에 의해 상기 자성구조체의 자화상태가 안정한 상태로 형성되는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상술한 방법을 이용하여 상기 자성구조체의 자화상태를 제어함으로써 데이터를 처리할 수 있는 자기 메모리 소자의 제어 방법이 제공된다.
상기 자기 메모리 소자의 제어방법은 상기 데이터를 처리하기 위하여, 상기 자성구조체와 연결된 데이터 기록 소자 및 읽기 헤드를 이용하여, 상기 데이터를 기록하거나 삭제할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기 메모리 소자에 가해지는 전류로 인해 발생되는 줄 열에 의한 자기 메모리 소자의 파괴없이, 스커미온을 안정적으로 제어할 수 있다. 또한, 대면적 시료 전체의 스커미온들을 동시에 이동시킬 수 있는 스커미온 자화상태를 제어하는 방법 및 이를 이용한 자기 메모리 소자의 제어 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성구조체의 자화구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성구조체의 자화상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스커미온 자화상태를 제어하는 방법에서 자기장의 발생과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스커미온 자화상태를 제어하는 방법을 단계별로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성구조체의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성구조체의 자화상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 자성체는 구성 원자들이 각각 막대자석과 같은 특성을 가지고 있다. 상기 막대자석은 S극에서부터 N극으로의 방향이 있고, 이 방향은 임의의 방향을 향할 수 있는 자유도가 있다. 자성체의 원자 역시 막대자석처럼 자유도가 있는데, 이를 '자화방향' 또는 '스핀방향'이라고 한다. 각각의 자성원자들의 자화방향이 배열되어 있는 상태를 '자화상태' 또는 '스핀상태'라고 한다. 자성체가 존재할 때 인접한 원자들의 자화방향이 서로 나란하게 정렬하려는 성질을 가진 물질을 '강자성'이라고 한다. 이 경우, 강자성이 충분히 커서 인접한 원자들의 자화방향이 나란하게 되어 있는 자성체를 '강자성체'라고 한다.
한편, 자화방향들이 나란하게 되어 있는 영역을 '자구(자화구역, magnetic domain)'라고 한다. 강자성체(이하, 자성구조체(10)라고 함)는 복수개의 자구들(12, 16)로 나누어져 있고, 각 자구들(12, 16) 사이에는 자화방향이 점진적으로 변화하는 '자구벽(magnetic domain wall, 14)'이 존재한다. 자구벽(14)에서 자화방향(20)이 점진적으로 변화하는 이유는 인접한 원자들간의 자화방향(20)이 나란하게 되기를 에너지적으로 선호하기 때문이다. 강자성 때문에 인접한 자화방향(20)끼리 서로 반대방향을 향하는 것은 극히 불안정하고 도달하기도 어렵다.
도 2를 참조하면, 2차원 평면에 동일한 원자로 이루어진 자성구조체(10)를 얇고 균일하게 배열한 경우를 가정할 수 있다. 자성구조체(10)의 두께가 충분히 얇으면 '자성박막'이라고 한다. 상기 자성박막의 두께가 수나노미터 이하로 얇을 경우, 두께방향으로는 균일한 자화상태라고 가정할 수 있다. 자성구조체(10)의 상면과 하면에 적합한 물질들을 적층하면 2차원 평면에 수직인 자화방향(20)을 선호하도록 만들 수 있다. 이러한 성질을 '수직자성'이라고 하며, 자성구조체(10)가 수직자성박막일 경우, 자성구조체(10) 위에서 자성구조체(10)를 내려다 보면 제 1 자구(12, N극) 또는 제 2 자구(16, S극)만 보이게 된다. 만약, 아래에서 본다면 제 1 자구(12, N극) 또는 제 2 자구(16, S극)과 상반된 제 2 자구(16, S극) 또는 제 1 자구(12, N극)이 보인다. 예를 들어, 도 2처럼 자성구조체(10)의 위에서 내려다 본 경우, 제 1 자구(12, N극)가 보이는 자구를 편의상 '업자구', 제 2 자구(16, S극)가 보이는 자구를 '다운자구'라고 하며, 이 때, 면에 나란한 방향의 자화상태는 자구벽(14)에서만 존재하게 된다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 수직자성박막을 갖는 자성구조체(10)의 전체 자화상태가 한쪽 수직방향으로 균일하게 자화되어 있는 상태에서(다운자구(16)라고 가정함), 박막의 작은 부분이 반대 수직방향(업자구(12)라고 가정함)을 가진다고 가정할 수 있다. 이 때, 업자구(12)와 다운자구(16) 사이에 존재하는 자구벽(14)에서 자화방향(20)은 점진적으로 변화하는데, 변화하는 방식은 다양하다. 위상학적인 관점에서 자화상태는 크게 두 가지로 구분된다. 업자구(12)의 가운데에서 가장자리방향으로 바라보았을 때, 자화방향(20)의 배치가 항상 같게 보이는지, 다르게 보이는지에 따라 구분된다. 여기서, 항상 같은 형태로 자구벽(14)이 존재하는 자화상태를 스커미온이라고 한다. 이 경우, 강자성에 의해 인접한 원자들간의 자화방향(20)은 가능한 서로 나란하게 있으려고 하기 때문에 자화방향(20)들이 배열되어 있는 상태는 매우 안정적인 상태가 된다.
이와 다르게 스커미온이 아닌 자화상태는 상대적으로 쉽게 균일한 자화상태로 변화할 수 있다. 인접한 원자들간의 자화방향(20)이 약간 어긋나는 것은 일부 허용 가능하지만, 인접한 원자들간의 자화방향이 완전히 반대방향을 향하게 되는 것은 아주 불안정한 상태가 된다. 따라서 인접한 원자들의 자화방향(20)이 약간 어긋나는 범위 안에서 자화방향(20)들을 점진적으로 변화시켜주면, 스커미온 자화상태가 아닌 것을 균일하고 안정한 자화상태로 변화시킬 수 있다. 스커미온 자화상태는 인접한 원자들간의 자화방향이 약간 어긋나는 정도의 변화로는 균일한 자화상태로 변화하기는 사실상 어려우며, 스커미온 자화상태를 없애거나 형성시키기 위해서는 반드시 인접한 원자들의 자화방향(20)이 완전히 반대인 자화상태를 지나가야하는데 이것은 만들기 매우 힘든 자화상태이다.
이를 해결하기 위해 본 발명은, 전류를 사용하지 않으며, 레이저 빛을 이용하여 자성구조체(10)에 자기장을 발생시켜 자성구조체(10)에 열 손상을 방지하고, 안정성이 우수한 스커미온 자화상태를 제어하는 방법 및 이를 이용한 자기 메모리 소자(미도시)를 구현할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스커미온 자화상태를 제어하는 방법에서 자기장의 발생과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스커미온 자화상태를 제어하는 방법은 자성구조체(10)의 표면에 수직한 방향으로 빛을 입사시키는 단계, 상기 빛에 의해 빛의 진행방향(30)과 나란한 방향으로 자기장(40)이 발생하는 단계 및 자기장(40)에 의해 자성구조체(10)의 어느 일부분의 자화상태를 자기장(40)의 방향으로 정렬시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 빛의 포커싱되는 위치를 조절함으로써 자화상태(20)를 제어할 수 있다. 여기서, 자성구조체(10)는 수직자성체를 포함할 수 있으며, 상기 빛은 원형 편광된 레이저를 포함할 수 있다.
예를 들면, 자기장(40)의 방향은 빛의 진행방향(30)과 나란하거나 반대방향일 수 있다. 원형편광된 빛을 자성구조체(10)의 표면에 수직한 방향으로 넣는 경우, 수직자기장이 발생하고, 충분히 센 자기장(40)이 발생하면 상기 빛을 맞은 자성구조체(10)의 일부가 자화상태를 자기장(40)의 방향으로 정렬시킬 수 있다. 따라서 수직자성박막을 갖는 자성구조체(10)에 빛을 쪼이는 경우 빛의 편광에 따라 국소적으로 원하는 위치 또는 부근에 수직자화상태를 형성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 자기장(40)의 세기는 상기 빛의 세기에 의해 변화되며, 상기 빛의 세기는 렌즈(미도시)를 사용함으로써 제어된다. 즉, 빛의 세기를 높이기 위해서 렌즈(미도시)를 사용함으로써 빛을 집중시킬 수 있다. 이 때, 상기 빛과 상기 렌즈(미도시)에 의해 정해진 초점거리(P2)에서 빛이 최대한 모인다. 빛이 최대한 모이는 위치부근(빛이 최대한 모이는 위치 전(P1)/후(P3))에서 빛은 퍼져서 분포하게 된다. 상기 렌즈(미도시)의 가운데에서 벗어난 곳에 입사된 빛은 경로가 소정의 각도를 갖고 꺾어지게 되며, 이 때문에 빛이 최대한 모인 위치부근에는 기울어진 자기장(40) 성분이 발생하게 된다. 따라서 상기 렌즈(미도시)를 사용하여 상기 빛을 집속시킬 때 발생하는 수평벡터 성분(41)과 수직벡터 성분(미도시)에 의해 기울어진 상기 빛을 이용하여 상기 자화상태를 형성할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스커미온 자화상태를 제어하는 방법을 단계별로 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 빛과 렌즈(미도시)에 의해 정해진 초점거리에 맞는 위치(P2)에 자성구조체(10)가 배치될 경우, 제 1 방향(20)으로 정렬된 자성구조체(10)의 상기 자화상태가 자기장(40)에 의해 제 2 방향(20a)으로 정렬되되, 상기 제 2 방향(20a)으로 정렬된 상기 자화상태가 입사된 상기 빛을 중심축으로 하여 회전시켰을 때, 상기 자화상태가 좌우 대칭 또는 비대칭된 상태로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 방향(20)은 예를 들어, 업방향 자화상태를 갖고 있다면, 상기 제 2 방향(20a)은 다운방향 자화상태를 갖는 것을 의미한다.
예를 들어, 도 8의 초점거리(P2)에 수직자성박막을 갖는 자성구조체(10)를 배치할 경우, 자성구조체(10)에는 수직 자기장만 인가되게 된다. 초기 자화상태(20)가 다운방향 자화상태를 가진 자성구조체(10)에 입사된 빛에 의해 충분히 강한 수직 자기장이 발생된다면 업방향(20a)을 가진 자화상태를 만들 수 있다. 하지만 업방향(20a) 자화상태와 다운방향(20) 자화상태 중간에 위치한 자화방향은 어느 한쪽으로 결정되지 않고, 스커미온 자화상태인 경우와 스커미온 자화상태가 아닌 경우(20b)로 랜덤하게 형성될 수 있다. 스커미온 상태를 안정적으로 형성하기 위해서는 업방향 자화상태와 다운방향 자화상태 중간 위치에서의 자화방향을 어느 한쪽으로 결정해줘야 한다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 빛과 렌즈에 의해 정해진 초점거리 부근(P1, P3)에 자성구조체(10)가 배치될 경우, 제 1 방향(20)으로 정렬된 자성구조체(10)의 상기 자화상태가 상기 자기장에 의해 제 2 방향(20a)으로 정렬되되, 제 2 방향(20a)으로 정렬된 상기 자화상태가 입사된 상기 빛을 중심축으로 하여 회전시켰을 때, 상기 자화상태가 좌우 대칭된 상태로 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 방향(20)은 예를 들어, 업방향 자화상태를 갖고 있다면, 제 2 방향(20a)은 다운방향 자화상태를 갖는 것을 의미한다.
예를 들어, 도 8의 초점거리 전(P1)에 수직자성박막을 갖는 자성구조체(10)를 배치할 경우, 자성구조체(10)에는 기울어진 빛에 의해서 수직방향에서 소정의 각도만큼 기울어진 자기장(40)이 인가된다. 기울어진 자기장(40)은 수직벡터 성분(미도시)의 자기장과 수평벡터 성분(41)의 자기장(40)이 존재하게 되는데, 이 때, 수평벡터 성분(41)의 자기장(40)은 스커미온의 자화상태를 안정하게 형성하기에 적합한 방향성분을 가지고 있다.
또한, 도 8의 초점거리 후(P3)에 수직자성박막을 갖는 자성구조체(10)를 배치할 경우, 상술한 바와 같이 기울어진 빛에 의해서 수직방향에서 소정의 각도만큼 기울어진 자기장(40)이 인가되어 안정적으로 스커미온 자화상태를 안정하게 형성할 수 있다.
구체적으로, 자성구조체(10)를 레이저 빛과 렌즈에 의해 정해진 초점거리만큼 이격되도록 배치하는 단계 및 자성구조체(10)의 표면에 수직한 방향으로 상기 레이저 빛을 입사함으로써 자기장(40)을 발생시켜 자성구조체(10)의 자화상태를 자기장(40)의 방향으로 정렬시키는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 자성구조체(10)의 자화상태를 자기장(40)의 방향으로 정렬시키는 단계는, 상기 수직한 방향에서 입사되는 상기 빛에 의해 수직 자기장(40)이 자성구조체(10)에 인가되며, 수직 자기장(40)에 의해 자성구조체(10)의 자화상태가 안정한 상태 또는 불안정한 상태로 형성되는 단계를 포함할 수 있다.
또는, 자성구조체(10)를 레이저 빛과 렌즈에 의해 정해진 초점거리 부근(P1, P3)에 이격되도록 배치하는 단계 및 자성구조체(10)의 표면에 수직한 방향으로 상기 레이저 빛을 입사함으로써 자기장(40)을 발생시켜 자성구조체(10)의 자화상태를 자기장(40)의 방향으로 정렬시키는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 자성구조체(10)의 자화상태를 자기장(40)의 방향으로 정렬시키는 단계는, 기울어진 상기 빛에 의해 수직방향에서 기울어진 자기장이 자성구조체(10)에 인가되며, 자기장(40)에 의해 자성구조체(10)의 자화상태가 안정한 상태로 형성되는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 자성구조체(10)에 입사되는 레이저 빛, 상기 레이저 빛을 집중시키는 렌즈와 자성구조체(10)의 거리에 따라서 스커미온 자화상태를 안정한 상태 또는 불안정한 상태로 제어할 수 있다. 또, 자성구조체(10)를 구성하는 물질의 종류에 따라서 상기 거리는 가변적이며, 도 8의 위치 1 또는 위치 3에서 스커미온 자화상태를 안정적으로 제어할 수 있다.
상술한 내용을 토대로 자성구조체(10)에 입사되는 빛에 의해 발생된 자기장(40)을 이용하여 스커미온 자화상태를 안정한 상태로 형성하거나 불안정한 상태로 제어할 수 있다. 상술한 스커미온 자화상태를 제어하는 방법에 따른 자성구조체(10)를 포함하는 자기 메모리 소자(미도시)에도 쉽게 적용할 수 있다. 자성구조체(10)의 형태는 예를 들어, 박막형태일 수 있으며, 이 밖에도 자성구조체(10)의 물질에 따라 리본 또는 라인 등과 같이 다양한 형태를 가질 수 있다. 즉, 자성구조체(10)와 연결된 데이터 기록 소자 및 읽기 헤드를 포함하여, 데이터를 기록하거나 읽고, 삭제할 수 있는 구조가 간단한 자기 메모리 소자를 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 원형 편광된 빛을 이용하여 수직자성물질로 이루어진 자성구조체에 스커미온 자화방향들의 특수한 배열을 형성할 수 있다. 이 때, 빛을 포커싱(focusing)할 때 발생하는 기울어진 빛을 이용하여 스커미온 자화상태를 형성할 수 있다. 예를 들어, 빛의 포커싱 위치에서 벗어날 때 발생하는 기울어진 빛을 이용하는 것과 같이, 포커싱 된 빛의 포커스(focus) 위치를 조정함으로써 스커미온 자화상태를 안정적으로 형성할 수 있다.
또한, 크기가 수십나노미터 수준인 스커미온 자화상태가 교류자기장에 의해 이동할 수 있다. 이 방법은 외부 전자석에 의해 공간상에 균일하게 발생한 자기장을 시간에 따라 진동시켜 스커미온 자화상태를 이동시킬 수 있다. 스커미온의 이동으로 특정 위치에 스커미온이 없어지면 '0(off 상태)', 스커미온이 있으면 '1(on 상태)'로 표시하게 된다. 이러한 기술을 응용하여 개발되는 메모리소자를 포함한 모든 자성소자에 적용이 가능하다.
종래의 전류 대신 자기장을 이용하여 스커미온 자화상태를 제어하면 자성구조체의 열손상을 막고, 자성구조체 전체의 스커미온을 동시에 이동시킬 수 있어 대면적에 유용하게 적용할 수 있으며, 자기 메모리 소자를 장시간 운용함에 있어서, 매우 안정적이며, 정보 산업이 발달함에 따라 대용량의 정보 처리가 가능한 스핀메모리와 같은 자기 메모리 소자를 제어할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 자성구조체
12 : 제 1 자구(업자구)
14 : 자구벽
16 : 제 2 자구(다운자구)
20 : 자화방향
20a : 빛에 의해 결정되는 자화방향
20b : 빛에 의해 결정되지 않는 자화방향
30 : 빛의 진행 방향
40 : 자기장
41 : 수평벡터 성분

Claims (11)

  1. 자성구조체의 표면에 수직한 방향으로 빛을 입사시키는 단계;
    상기 빛에 의해 상기 빛의 진행방향과 나란한 방향으로 자기장이 발생하는 단계; 및
    상기 자기장에 의해 상기 자성구조체의 어느 일부분의 자화상태를 상기 자기장의 방향으로 정렬시키는 단계;
    를 포함하되,
    상기 빛의 포커싱되는 위치를 조절함으로써 상기 자화상태를 제어하는,
    스커미온 자화상태를 제어하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기장의 세기는 상기 빛의 세기에 의해 변화되며, 상기 빛의 세기는 렌즈를 사용함으로써 제어되는,
    스커미온 자화상태를 제어하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 빛과 상기 렌즈에 의해 정해진 초점거리에 맞는 위치에 상기 자성구조체가 배치될 경우,
    제 1 방향으로 정렬된 상기 자성구조체의 상기 자화상태가 상기 자기장에 의해 제 2 방향으로 정렬되되, 상기 제 2 방향으로 정렬된 상기 자화상태가 입사된 상기 빛을 중심축으로 하여 회전시켰을 때, 상기 자화상태가 좌우 대칭 또는 비대칭된 상태로 형성되는,
    스커미온 자화상태를 제어하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 빛과 상기 렌즈에 의해 정해진 초점거리 이외의 지점에 상기 자성구조체가 배치될 경우,
    제 1 방향으로 정렬된 상기 자성구조체의 상기 자화상태가 상기 자기장에 의해 제 2 방향으로 정렬되되, 상기 제 2 방향으로 정렬된 상기 자화상태가 입사된 상기 빛을 중심축으로 하여 회전시켰을 때, 상기 자화상태가 좌우 대칭된 상태로 형성되는,
    스커미온 자화상태를 제어하는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈를 사용하여 상기 빛을 집속시킬 때 발생하는 수평벡터 성분과 수직벡터 성분에 의해 기울어진 상기 빛을 이용하여 상기 자화상태를 형성하는,
    스커미온 자화상태를 제어하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성구조체는 수직자성체를 포함하는,
    스커미온 자화상태를 제어하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 빛은 원형 편광된 레이저를 포함하는,
    스커미온 자화상태를 제어하는 방법.
  8. 자성구조체를 레이저 빛과 렌즈에 의해 정해진 초점거리만큼 이격되도록 배치하는 단계; 및
    상기 자성구조체의 표면에 수직한 방향으로 상기 레이저 빛을 입사함으로써 자기장을 발생시켜 상기 자성구조체의 자화상태를 상기 자기장의 방향으로 정렬시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 자성구조체의 자화상태를 상기 자기장의 방향으로 정렬시키는 단계는,
    상기 수직한 방향에서 입사되는 상기 빛에 의해 수직 자기장이 상기 자성구조체에 인가되며, 상기 수직 자기장에 의해 상기 자성구조체의 자화상태가 안정한 상태 또는 불안정한 상태로 형성되는 단계를 포함하는,
    스커미온 자화상태를 제어하는 방법.
  9. 자성구조체를 레이저 빛과 렌즈에 의해 정해진 초점거리 이외의 지점에 이격되도록 배치하는 단계; 및
    상기 자성구조체의 표면에 수직한 방향으로 상기 레이저 빛을 입사함으로써 자기장을 발생시켜 상기 자성구조체의 자화상태를 상기 자기장의 방향으로 정렬시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 자성구조체의 자화상태를 상기 자기장의 방향으로 정렬시키는 단계는,
    기울어진 상기 빛에 의해 수직방향에서 기울어진 자기장이 상기 자성구조체에 인가되며, 상기 자기장에 의해 상기 자성구조체의 자화상태가 안정한 상태로 형성되는 단계를 포함하는,
    스커미온 자화상태를 제어하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 의한, 상기 스커미온 자화상태를 제어하는 방법을 이용하여 상기 자성구조체의 자화상태를 제어함으로써 데이터를 처리할 수 있는,
    자기 메모리 소자의 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 자성구조체와 연결된 데이터 기록 소자 및 읽기 헤드를 이용하여, 상기 데이터를 기록하거나 삭제할 수 있는,
    자기 메모리 소자의 제어 방법.
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