KR20020008148A - 자성 물질 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고잔류자기와 적당한 보자력을 제공하기 위해 회전 대칭을 갖는 나노자석으로 이루어진 기억 소자에 관한 것이다. 또한 본 발명은 나노자석의 자화가 오직 적용된 장의 현재 값에만 의존하고 장의 히스토리에는 의존하지 않도록, 초상자성이며 실질적으로 제로 히스테리시스를 나타내도록 선택된 회전 대칭을 갖는 나노자석으로 이루어진 센서소자에 관한 것이다.

Description

자성 물질{Magnetic materials}
컴퓨터 하드디스크에 저장될 수 있는 정보의 부피는 지난 40년 동안 107의 인자로 증가해 왔으며, 향후 수십년간 지수적으로 계속 증가할 것이라고 전망된다. 오늘날의 통상적인 자성물질는 미래의 자성 데이타 저장 산업에 요구되는 성능 요건을 만족시킬 수 없을 것이다. 현재 고려되는 하나의 선택은 나노자석 (nanomagnet)으로 불리우는 나모규모의 자성입자를 제조하는 나노기술 (nanotechnology)과 양자 역학의 상조작용이다. 이들은, 그들의 극히 작은 크기로 인해, 모체 벌크 물질과 매우 다른 자기성 성질을 보유한다. 각각의 나노자석은 인공원소인 거대원자와 유사하여, 새로운 자성체들이 거대원자에 의해 거대원자로 강화되는 것을 허용한다. 급성장하는 나노자기학 분야는 다른 사물들 중에서 하드 디스크 매체에 대한 진보된 대체물 및 새로운 세대의 고속, 저동력 및 비휘발성 컴퓨터 메모리 칩을 제공한다.
자연 발생의 자성원소 또는 합금의 가장 중요한 특성은 자기적 비등방성이다. 이는 물질내의 바람직한 자화 방향의 존재에 기인하며, 궁극적으로 자성 물질이 반응하는 방식 및 적합한 기술적 응용을 결정하는 책임을 갖는다. 통상적인 자성 물질에서, 비등방성은 전자의 페르미 표면의 형태 및 대칭성에 기인한것으로, 특정 원소 또는 합금에 대해 고유한 것이며, 쉽게 맞춤될 수 없다. 그러나 나노자석에서, 비등방성은 모체 물질의 밴드 구조뿐만 아니라, 나노자석의 형태에도 의존한다. 인공 자성 물질의 가장 흥미있는 특징들 중 하나는 그들의 자성 특성이 성분 나노자석의 형태를 선택함으로써 설계될 수 있는 것이다.
본 발명은 자성 물질에 관한 것이며, 특히 물질들의 자기적 성질을 맞추기(tailor)위한 회전 대칭성의 사용에 관한 것이다.
도 1은 인공 자성 물질들 일부의 주사전자현미경 사진을 나타낸다;
도 2는 다양한 크기, 두께 및 기하 형태의 나노자석들에 대한 히스테리시스 루프를 나타낸다;
도 3은 초상자성 삼각형 나노자석에 대한 히스테리시스 루프를 나타낸다;
도 4는 나노자석 크기의 함수로서 실험적으로 측정된 보자력을 나타낸다;
도 5는 실험적으로 측정된 여러가지 나노자석 내부의 비등방성 장을 나타낸다;
도 6은 여러가지 나노자석들에 대한 비등방성 장(A) 및 나노자석 당 비등방성 에너지(B)로 표현된, 제 5도의 우세한 비등방성 조건을 나타낸다;
도 7은 나노자석 크기 및 대칭의 함수로서 자화율을 나타낸다; 그리고
도 8은 자기장 센서 또는 논리 소자로 사용되는 초상자성 나노자석의 개략적인 배열을 나타낸다.
본 발명의 제 1면에 따르면, 메모리 소자는 높은 잔류자기 및 적합한 보자력(coercivity)을 제공하기 위해 선택된 회전 대칭을 갖는 나노자석으로 이루어진다.
본 발명의 제 2면에 따르면, 센서 소자는 나노자석의 자화가 장(field)의 히스토리에 의존하지 않고 오직 적용된 장의 현재 값에만 의존하기 위해, 초상자성 (superparamagnetic)이고 실질적으로 제로 히스테리시스를 나타내도록 선택된 회전 대칭을 갖는 나노자석들로 이루어진다.
본 발명의 제 3면에 따르면, 자성 논리 소자는 나노자석의 자화가 장의 히스토리에 의존하지 않고 오직 적용된 장의 현재 값에만 의존하기 위해, 초상자성이고 실질적으로 제로 히스테리시스를 나타내도록 선택된 회전 대칭을 갖는 나노자석으로 이루어진다.
본 발명의 장치는 전자빔 전사술등의 기술을 사용하여, 실리콘 조각과 같은기질의 표면 위에 형성된 인공 자성물질이다. 상기 장치들의 크기는 40-500 nm 범위이고, 두께는 3-10 nm 범위일 수 있으며, 각각 3 및 5 차수의 회전 대칭에 해당하는 삼각형 또는 오각형 기하형태일 수 있다. 그러나, 상기 차수는 더 클 수 있다. 모체 물질은 수퍼말로이(Ni80Fe14Mo5)일 수 있으며, 이것은 두가지 이유로 선택된다. 첫째, 이 합금은 본래 대부분 등방성이고, 따라서 나노자석의 어느 비등방성도 그들의 형태에 기인해야만 한다. 둘째, 수퍼말로이 및 그것의 몰리브덴 프리에 해당하는 퍼말로이는 산업 및 연구에 편재되어있는 연성 자성합금 중의 두가지이며, 이것은 나노급 구조화에 의해 단순한 물질에 주어질 수 있는 새롭고 변화된 성질의 효과적인 예시가 된다. 하기와 같이, 본 발명자들은 단순히 성분 나노자석의 대칭을 변화시킴으로써 극히 다양한 범위의 자성 특성을 갖는 인공 자성 물질을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부된 도면을 참조로 하여 설명될 것이다:
전자빔 전사법에 기초한 표준 발사(lift-off)가 본 발명에 따른 장치를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 샘플 기질은 방향성 단결정 실리콘이었다. 각 나노자석들간의 간격은 항상 적어도 나모자석 직경과 동일하였고, 가장 작은 구조물의 경우에는 직경의 3배 정도로 컸다. 나노자석의 표면 조도는 0.5 nm보다 작았고, 미세구조는 5 nm의 임의로 배향된 과립들을 나타내었다. 각 나노자석의 최상부 표면은 산화방지를 위해 5 nm 두께 층의 금으로 덮었다. 기하학적 형태의 통합성은 크기가 50 nm 만큼 작은 구조에서도 유지되는 것이 발견되었다. 도 1은 구조물 일부의 주사전사현미경 상을 나타낸다.
이들 여러가지 인공 물질들의 자성 특징을 결정하기 위해서, 본 발명자들은 공지된 고감도 자기광학적 방법을 사용하여 그들의 히스테리시스 루프(M-H 루프)를 측정하였다. 레이저 스폿(크기 ≒ 5 ㎛)을 인공 물질의 패치들 중 하나의 최상부에 초점이 맞춰질 때까지 표면 위를 이동시키는 동안, 실리콘 표면을 광학 현미경하에서 관찰할 수 있다. 반사된 레이저빔은 수직 Kerr 효과에 접근하기 위해 분석된 편광이며, 이것은 입사 광학면에 놓인 자화 성분의 탐침으로서 작용한다. 그 후, 이 자화를 샘플의 면에 최대 1000 Oe 강도까지의 27 Hz 교류자기장을 적용시키면서 기록하였다. 모든 측정은 실온에서 실시되었다.
도 2 및 도 3은 다양한 크기, 두께 및 기하학적 형태의 나노자석들에서 측정한 히스테리시스 루프의 일부를 나타낸다. 루프들이 서로 매우 다르며, 통상적인 비구조 물질로부터 얻어지는 것과 매우 다름을 즉시 알 수 있다. 이 도면에서 나타난 샘플에 의해 다뤄지는 기술적 응용의 다양성은 상당하다. 도 2b에 예시된 공지의 작은 직사각형은 하드 디스크 매체의 인공 대체물 제조에 적합할 수 있다: 본 발명에 사용된 나노자석은 대체로 100 Gbits/in2을 초과하는 데이타 저장 밀도를 가질 수 있으며, 이것은 현 기술수준으로 통상적인 매체의 10배 이상이다. 도 2d의 공지된 더 큰 직사각형은 반도체 메모리에 대해 대두되는 대체물인 자성 랜덤 억세스 메모리(MRAM)에 적합할 것이다: 이 크기의 자성소자를 사용한 메모리칩은 1 Gbit의 비휘발성 고속 메모리를 제공할 수 있다. 경이로운 것은 다양한 범위의 자성 특성이 삼각형 및 오각형 나노자석에 의해 명시되는 것이다. 도 2e의 삼각형은높은 잔류자기 및 낮은 보자력을 가지며, 메모리 소자로서 사용될 수 있는 반면, 도 2f의 오각형 및 도 3의 초상자성 삼각형은 3000 및 0 히스테리시스의 유효 상대 투과성을 갖고, 탁월한 고감도 자기장 센서 또는 하드 디스크 판독 헤드를 제조할 수 있다. 이 다양한 응용들은 인공 재료를 구성하는 나노자석의 크기, 두께 및 가장 중요하게는 대칭성 변화이 따른 직접적인 결과이다.
이 중요한 효과를 정량화하기 위해서, 본 발명자들은 나노자석의 크기, 두께 및 대칭성 차수(order)의 함수로서 히스테리시스 루프로부터 보자력을 측정하였다. 보자력은 자화를 0으로 감소시키기 위해 필요한 적용된 장을 측정한 것이며(즉, 히스테리시스 루프의 중앙폭은 보자력의 두배이다), 외부장이 얼마나 즉각적으로 나노자석의 자화 방향을 역전시킬 수 있는지를 측정하는 것이다. 이것은 주어진 자성 물질의 기술적 응용에 대한 적합성을 평가하는 주 매개 변수이다. 도 4는 여러가지 기하구조를 비교할 수 있도록, 나노자석의 크기를 그것의 면적의 제곱근으로 표현한 결과를 나타낸다. 본 발명자들은 샘플의 두번째 세트로부터 이들 실험 결과들의 일정한 반복성을 확인하였다.
도 4의 데이타에서 얻은 첫번째 명백한 특징은 2-접힘(fold) 및 4-접힘 대칭성이 한 종류의 반응을 나타내는 반면, 3-접힘 및 5-접힘 대칭성은 또 다른 종류의 반응을 나타낸다는 것이다: 2-/4- 접힘 나노자석은 처음에 길이비율의 감소에 따라 증가하는 높은 보자력을 나타내며; 3-/5- 접힘 나노마그넷은 길이비율의 감소에 따라 0으로 떨어지는 낮은 보자력을 나타낸다. 도 4로부터 얻을 수 있는 두번째의 관찰은 모든 경우에서 두께의 증가는 보자력의 강한 상승을 일으키는데, 비구조적인 자기성 필름의 경우는 이렇지 않다는 것이다.
2-접힘 나노자석의 반응은 매우 직접적이며, 이것은 형태 비등방성으로 불리는 잘 이해된 현상 때문이다. 자화는 극면의 표면적을 최소화하기 위해서 나노자석의 가장 긴 축으로 "유선형"이 바람직하다. 이 효과를 구동하는 장은 극면들 사이의 자석내부를 통하여 흐르는 탈자기장이다. 탈자기장 규모는 대략 t/a 비율에 따라 결정되며, 여기서 t는 나노자석의 두께이고 c는 크기이며, 따라서 도 4a에서 크기 감소에 따라 보자력이 증가함을 볼 수 있다.
반대로, 3-, 4- 및 5-접힘 대칭의 효과는 쉽게 이해되지 않는다. 이는 어떠한 구조의 탈자기장도 2등급 카티젼 텐서(Cartesian tensor)에 의해 설명되고, 이것은 단일축(2-접힘) 대칭만 나타낼 수 있기 때문이다. 따라서, 적어도 통상적인 의미에서, 이런 높은 차수의 대칭 구조들의 면에 형태 비등방성이 존재하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 정사각형 나노자석은 자화 방향을 변화시키는데 어느정도 상당히 강한 장애를 분명히 겪게 되고, 따라서 어느정도의 비등방성이 존재하는 것이 틀림없다. 이 비등방성이 삼각형 자석에서 명백히 더 약하다는 사실은, 비록 이것이 고전적 형태 비등방성은 아니더라도, 여전히 나노자석의 형태와 관련되어 있다는 것을 나타낸다.
정방형 나노자석에서 최근 발견된 배위 비등방성이라는 특징이 있다. 이것은 거의 모든 나노자석에서 발생하는 균일한 자화로부터의 매우 작은 편차에 기인한다. 나노자석의 자성 특징을 결정하는데 있어서, 이 새로운 비등방성이 어느 정도까지 중요한지 오늘날까지 명확하게 알려져 있지 않다. 도 2 내지 도 4에 나타난 변화된 반응은 배위 비등방성 때문으로, 본 발명자들은 히스테리시스를 시험하기위해, 변조장 자기-광학 비등축성(Modualted Field Magneto-optical Anisometry)이라는 기술을 사용하여 나노자석내의 비등방성을 직접 측정하였다. 강력한 정적 자기장 H(=350 Oe)를 나노자석의 면에 적용하였고, 약한 진동장 Ht(14 Oe 진폭)을 H에직각으로 나노자석의 면에 적용하였다. 도 2 및 도 3의 히스테리시스 루프를 얻는데 사용된 동일한 자기광학적 기술을 사용하여, 자화의 합성 진동의 진폭을 기록하였고, 이것은 자석의 어느 비등방성 존재의 크기 및 대칭과 직접 관련된다. 본 발명자들은 실험적으로 두께가 5 nm일 때, 50 내지 500 nm의 크기 범위에서 삼각형, 정사각형 및 오각형 자석에 대한 비등방성을 실험적으로 측정하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 이들 극 플롯에서, 각은 자석내부의 평면-내 방향 φ를 제공하며, 직경은 그 방향에서의 자석의 직경을 제공하며, 색은 그 크기의 자석에 대한 실험적으로 측정된 양를 제공하며, 여기서 Ms는 포화자화(800 emu cm-3)이고, E(φ)는 φ방향에서 자화되었을 때 나노자석의 평균 자석 에너지 밀도이다. 비록 Ha가 비등방성 장에 대한 일반적 정의는 아니지만, 기초적인 비등방성과 동일한 대칭 차수를 가지며 진폭은 비등방성 장의 크기와 같다. 도 5는 22개의 다양한 인공 자성물질(삼각형 여덟가지 크기, 정사각형 여덟가지 크기 및 오각형 여섯가지 크기)로부터의 실험 데이타를 나타내며, 19 개 또는 37 개의 다른 방향 φ(삼각형 및 정사각형의 경우 0 ~ 180 °에서 10 °씩, 오각형의 경우 0 ~ 180 °에서 5 ° 씩)에서 측정하여 총 526개를 측정하였다.
연구된 모든 자석에서 강한 비등방성 장이 존재한다는 것이 분명하다. 삼각형 나노자석은 6-접힘 대칭의 비등방성을 나타내고, 정방형 나노자석은 4-접힘 대칭성 비등방성을 나타내며, 오각형 나노자석은 두드러진 10-접힘 비등방성을 갖는다. 삼각형과 오각형 구조에서는 주파수 더블링이 발생하는데, 이것은 자화에 있어서 에너지가 항상 이차이며 홀수 대칭 차수는 지지될 수 없기 때문이다.
본 발명자들은 나노자석의 크기 및 대칭의 함수로서 비등방성 장의 크기를 얻기 위해 도 5의 플롯을 푸리에 분석을 실시하였고, 그 결과는 도 6의 두개의 다른 형태로 나타났다. 본 발명자들은 도 6 a에서는 비등방성 장을 직접 플롯하였고, 도 6b에서는 이론적 관계식U a =2M s H a V/n 2 (kT의 단위, 여기서 k는 볼츠만 상수이고, T는 298K)을 사용하여 단일 나노자석의 비등방성 에너지를 플롯하였다. 이 식에서, Ua는 단일 나노자석의 비등방성 에너지(ergs 단위)이고, Ha는 비등방성 장(Oe단위)이고, n은 비등방성의 대칭 차수(정사각형의 경우 4, 삼각형의 경우 6, 오각형의 경우 10)이며, V는 나노자석의 부피(cm3단위)이다. 본 발명자들의 이해에 따르면, 자성 특성에 대한 대칭차수의 영향의 중요한 인자는, 이 식에서 n2의 항에 의해 제공된다. 이것은 비록 모든 기하구조가 도 6a에서는 거의 유사한 비등방성장을 나타낸다고 할지라도, 도 6b에서는 매우 다른 비등방성 에너지를 나타낸다는 것을 의미한다.
비등방성 에너지는 초상자성이라는 현상 때문에 특히 흥미로운데, 이것은 비등방성 에너지 장벽을 나노미터 크기의 자석에서 kT 열에너지 동요로 극복할 수 있는 방법이기 때문이다. 개략적인 설명에 의하면, 장벽은 일단 높이가 10 kT 이하이면 본 발명자들의 측정시간에 극복될 수 있다. 이것은 일단 비등방성 에너지가 10 kT 이하이면, 보자력이 빠르게 0으로 떨어질 것으로 예상한다는 의미이다. 도 6b에따르면, 이것은 일단 원소의 크기가 약 150 nm이하일 때 발생하며, 크기가 감소함에 따라 정사각형의 경우가 가장 늦게 떨어진다. 반대로, 일단 비등방성 에너지가 10 kT보다 크면, 보자력은 대략적으로 비등방성 장을 따른다. 이것은 한편으로는 정사각형들 및 다른 한편으로는 삼각형과 오각형들 간에 도 4에서 관찰되는 반응의 차이를 설명한다. 정사각형(도 6a)의 비등방성 장은 원소 크기가 감소함에 따른 피크를 나타내며, 이 피크는 정사각형 보자력 데이타에 직접적으로 반영된다(도 4c). 오각형 비등방성 장은 피크를 나타내지 않으며, 비록 0으로 떨어지는 것은 열활성 때문에 비등방성 장보다 보자력 데이타에서 약간 큰 크기에서 발생하지만, 이것 또한 보자력 데이타에 직접적으로 반영된다. 최종적으로, 삼각형 비등방성 장은 정사각형과 똑같은 피크를 나타내지만, 비등방성 에너지가 삼각형에서 더 작기 때문에 열활성은 더 큰 크기에서 시작되며, 보자력 데이타에 피크가 나타나는 것을 막는다(도 4b). 그러므로 본 발명자들은 배위 비등방성과 열활성의 결합으로 인한 실험적으로 결정된 보자력 데이타를 설명할 수 있을 것이다.
한정된 보자력(및 그러므로 메모리 작용)을 갖는 고잔류 물질이 기술적으로 가장 중요한 자성체는 아니다. 자성 센서 및 논리 소자에 적용되는 제로 잔류, 제로 보자력 물질이 마찬가지로 중요하며, 이 경우에 이것은 중요한 파라미터인 자화율 χ이다. χ는로 정의되며, 여기서 M은 나노자석의 자화이고, H는 적용된 자기장이다. 그러므로, χ는 도 2f와 같이 히스테리시스 루프의 제로 장 기울기에 직접 비례한다. 본 발명자들은 자성광학 실험을 사용하여(27 Hz에서) 일정두께 3.7 ±0.5 nm에서 나노자석 크기 및 대칭의 함수로서 χ를 측정하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다. χ는 오직 보자력이 0일 때만 의미가 있으므로, 본 발명자들은 본 발명을 이 경우로 한정하였다. 비교를 위해, 본 발명자들은 랑게빈 함수로부터 유도된 이론적 자화율을 본 도면에 함께 플롯하였다. 이것은 자유공간에서의 단일 거대 스핀에 적용될 수 있는 통계 열역학 개념이다. 도 7로부터 세가지를 관찰할 수 있다. 첫째, 실험적으로 결정된 가장 작은 나노자석의 자화율은 피팅계수를 사용하지 않았음에도 모두 자유 공간 랑게빈 모델과 유사하였고, 본 실험 시스템이 잘 조절되었음을 나타낸다. 두번째, 랑게빈 모델로부터의 편차는 정사각형 대칭 나노자석에서 가장 컸다. 이것은 이들이 가장 강한 배위 비등방성 에너지를 소유하는 것과 관련되며, 정사각형 나노자석에 함유된 거대 스핀이 자유 공간의 거대 스핀과 거의 같지 않다는 것을 의미한다. 이것이 크기의 증가에 따라 모든 대칭을 랑게빈 모델로부터 멀어지게 하는 배위 비등방성이다. 세번째, 본 발명에서 측정된 자화율은, 동일한 형태 및 외관 비율이나 나노미터 크기보다 크게(즉, 대부분의 통상적인 자기장 센서로서 사용되는 것과 같이 마이크로미터 이상) 제조된 자성입자로부터 얻어지는 것보다 2 차수 크기만큼 크다. 후자의 경우, 자화율은 내부 탈자화장에 대한 영역 벽 운동으로부터 생기며, 이것은 매우 강할 것이다. 그러므로, 나노미터 규모 구조화의 유일한 역할이 분명히 설명될 것이다.
도 4 및 도 5는 나노미터 구조화가 새로운 자성체의 생성에 필적하는 방법을 잘 설명한다. 슈퍼말로이는 보통 2- 또는 4-접힘이 되는 f.c.c 결정학으로 성장한다. 그럼에도 불구하고, 도 5a는 h.c.c. 결정구조를 갖는 재료에 맞는 6-접힘 대칭을 나타낸다. 이 경우, 나노자석 형태(삼각형)의 대칭이 결정학 상의 변화에 필적하기 위해 사용될 수 있다. 유사하게는, 정사각형 및 직사각형의 비교적 높은 보자력(도 4a 및 도 4c)은, 일반적으로 높은 비등방성 및 약하게 결합된 미세구조를 갖는 자성체에서만 발견된다. 이 경우, 나노자석의 대칭을 신중히 선택하면 원소의 변화 및 미세구조의 변화에 필적한다. 최종적으로, 원소 결정학은 결정격자가 10-접힘 대칭을 가질 수 없고, 따라서 본 발명자들은 10-접힘 자성 비등방성을 갖는 천역적인 결정체 원소 또는 합금의 발견을 기대할 수 없을 것이다. 그러나, 도 5c는 본 발명자들이 나노구조화를 통해 인공 생성에 성공했음을 보여준다. 이 경우, 나노미터 형태는 결정성 재료에 보통 준-결정에 알맞는 특성을 주기 위해 사용된다.
도 8은 센서 또는 논리 소자의 일부로서 초상자성 나노자석을 사용한 가능한 배열을 나타낸다. 3층 스핀 밸브(12)는 연결체 라인(14)들의 양 측부에 결합된다. 밸브(12)는 자성 저부층(16), 비-자성 공간층(18) 및 최상부층에 초상자성 상태의 하나 이상의 나노자석(20)을 포함한다. 화살표(22)는 밸브(12)를 가로지르는 전류의 통과를 나타내며, 화살표(24)는 자성 저부층(16)에서의 자화를 나타낸다.
결론적으로, 본 발명자들은 나노자석의 형태 대칭성과 그들의 자성 특성에 대한 관련성을 결정하였고 이것을 실제 응용에 적용시켰다. 본 발명자들은 대칭이 매우 넓은 범위에 걸쳐 자성 특성을 조절할 수 있는 중요한 역할을 하는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 자성 특성에 대칭을 결합시키는 중요한 효과는 배위 비등방성임을 나타내었다. 이것은 자성 특성이 정밀도가 매우 높은 특정 적용에 견딜 수있는 새로운 인공 자성체를 제공한다.
첫번째 새로운 개념은 자성 특성을 맞추기 위해 원소들의 대칭을 통한 배위 비등방성을 사용한 것이다. 오늘날, 당업자들은 오직 직사각형, 정사각형 또는 원형 원소만을 고려한다. 본 발명자들은 삼각형, 오각형 및 육각형과 같은 기타 형태에 의해 유도된 배위 비등방성을 원소의 자성 특성을 조절하기 위해 사용할 수 있음을 결정하였다. 두번째 새로운 개념은 비구조체에서 히스테리시스를 제거하기 위해 초상자성을 사용하는 것이다. 통상적인 재료에서, 초상자성은 매우 높은 포화 장을 일으키며, 자성 센서로서 사용할 수 없다. 그러나, 본 발명자들은 비구조적 초상자성이 매우 낮은 포화장을 일으키도록 할 수 있었다(도 2f 참조- 아주 적은 Oe). 이것은 그것만으로도 센서 또는 논리소자로서 매우 적합하다. 그러나 더욱 흥미로운 것은 초상자성이 양호한 센서에 요구되는 제로에 근접한 히스테리시스를 보장한다는 점이다(도 3 참조). 센서로서 나노구조의 현재 사용이 직면하는 가장 큰 문제점은, 일반적으로 히스테리시스가 장치의 측면 크기의 감소에 따라 커진다는 것이다.
이들 두개의 개념은 적당한 형태(삼각형, 오각형 또는 원형)를 선택함에 의해 낮은 값으로 배위 비등방성을 조절함으로써 나노구조가 초상자성이 되어 양호한 센서 또는 논리소자로서 작용하도록 한다.

Claims (15)

  1. 고잔류자기 및 적당한 보자력을 제공하기 위해 선택된 회전 대칭을 갖는 나노자석으로 이루어진 기억 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 기질의 표면에 형성된 인공 자성물질로 제조된 소자.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 수퍼말로이(Ni80Fe14Mo5)로 제조된 소자.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 하나의 항에 있어서, 크기가 측면에 대해 40 ~ 500 nm의 범위이고, 두께가 3 ~ 10 nm의 범위인 소자.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 3 또는 5 차수의 회전 대칭을 갖는 소자.
  6. 나노자석의 자화가 오직 적용된 장의 현재 값에만 의존하고 장의 히스토리에는 의존하지 않도록, 초상자성이며 실질적으로 제로 히스테리시스를 나타내도록 선택된 회전 대칭을 갖는 나노자석으로 이루어진 센서소자.
  7. 제 6항에 있어서, 기질의 표면에 형성된 인공 자성물질로 제조된 센서 소자.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 수퍼말로이(Ni80Fe14Mo5)로 제조된 센서 소자.
  9. 제 6항 내지 제 8항중 어느 하나의 항에 있어서, 크기가 측면에 대해 40 ~ 500 nm의 범위이고, 두께가 3 ~ 10 nm의 범위인 센서 소자.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 3 또는 5 차수의 회전 대칭을 갖는 센서 소자.
  11. 나노자석의 자화가 오직 적용된 장의 현재 값에만 의존하고 장의 히스토리에는 의존하지 않도록, 초상자성이며 실질적으로 제로 히스테리시스를 나타내도록 선택된 회전 대칭을 갖는 나노자석으로 이루어진 자성 논리 소자.
  12. 제 11항에 있어서, 기질의 표면에 형성된 인공 자성물질로 제조된 논리 소자.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 수퍼말로이(Ni80Fe14Mo5)로 제조된 논리 소자.
  14. 제 11항 내지 제 13항중 어느 하나의 항에 있어서, 크기가 측면에 대해 40 ~ 500 nm의 범위이고, 두께가 3 ~ 10 nm의 범위인 센서 소자.
  15. 제 11항 내지 제 14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 3 또는 5 차수의 회전 대칭을 갖는 센서 소자.
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