KR20090008109A - 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법 및 이에 의하여제조된 1차원 스핀 광자결정 소자 - Google Patents

1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법 및 이에 의하여제조된 1차원 스핀 광자결정 소자 Download PDF

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Abstract

1차원 스핀 광자결정 (Spin Photonic Crystal) 소자의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 1차원 스핀 광자결정 소자가 제공된다. 본 발명에 따른 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법은 펨토초 레이저 광원으로부터 발생한 레이저빔의 간섭에 의하여 자성 및 비자성 영역을 형성시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 1차원 스핀 광자결정의 제조방법은 신속하고 간단한 공정으로 우수한 물성의 1차원 스핀 광자결정을 제조할 수 있으므로, 고집적화 및 대량 생산에 적합하며, 또한 1차원 스핀 광자결정의 광자성 효과가 우수하므로 새로운 광소자 개발 등에 응용될 수 있다.

Description

1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 1차원 스핀 광자결정 소자{Method for preparing one dimensional spin photonic crystal device and one dimensional spin photonic crystal device prepared by the same}
본 발명은 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 1차원 스핀 광자결정 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 경제적이고 효율적인 방법에 의하여 우수한 특성을 갖는 1차원 스핀 광자결정 소자를 제조할 수 있는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 1차원 스핀 광자결정 소자에 관한 것이다.
최근 광자결정(Photonic Crystal)은 나노레이저(Nanolaser), 다중 파장의 광정보를 처리할 수 있는 수퍼프리즘(Superprism) 또는 광도파로(Waveguide) 등 차세대 광통신 소자 및 수십 테라급의 초고속 정보 처리 능력을 가진 광자 컴퓨터의 개발에 필요한 소재로 주목받고 있다.
광자결정이란 굴절률이 다른 물질이 규칙적으로 결합된 결정체로서 자연계에 존재하는 나비의 날개, 공작새의 깃털 또는 오팔 보석 등에서 발견된다. 광자결정의 중요한 특성은 빛이 입사되는 방향에 따라서 반사되는 빛의 색깔이 달라진다는 것으로, 이러한 원리에 착안하여 빛과 작용하는 물질의 결정구조를 변화시켜서 빛의 흐름을 제어할 수 있는 광자결정 제조기술이 연구되어 왔다. 그 중, 스핀 광자결정(Spin Photonic Crystal 또는 Magnetic Photonic Crystal - SPC)은 전자(Electron)의 전하 및 스핀이 광자와 어떻게 상호 작용하는가를 다루는 분야이다.
스핀 광자결정의 광학적 특성은 외부 자기장의 인가에 의하여 영향을 받는다. 또한 퀴리 온도 (Curie Temperature) 또는 넬 온도 (Neel Temperature)에서의 자기 천이는 자기 투자율을 변화시킬 수 있기 때문에 온도 역시 스핀 광자결정의 광학적 특성에 영향을 미치는 인자이며, 이러한 자기장 또는 온도에 의해서 스핀 광자결정의 유전율이 변화하게 된다.
종래, 스핀 광자결정 소자를 제조하는 방법으로는 선택적 영역에서 반응하는 이온 식각 또는 이온 밀링(Milling)을 수반하는 전자빔 리소그래피(Lithography)를 이용한 방법이 있었다. 하지만, 선택적 이온 식각 또는 이온 밀링을 수반하는 전자빔 리소그래피 등을 이용하는 종래의 방법은 화학적 반응이 수반되므로, 압력 및 온도 등의 반응 조건에 대한 정밀한 제어가 필요하다. 또한 제조 공정이 복잡하고 긴 시간이 소요되고, 이에 따라 과다한 제조 비용이 요구되므로 비경제적이라는 문제가 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 고집적화 및 대량 생산에 적합한 경제적인 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 기술적 과제는 특성, 특히 광자성 효과가 향상된 1차원 스핀 광자결정 소자를 제공하는 데 있다.
상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 펨토초 레이저 광원으로부터 발생한 레이저빔의 간섭에 의하여 자성 및 비자성 영역을 형성시키는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법을 제공한다. 상기 펨토초 레이저빔의 간섭현상은 상기 펨토초 레이저 광원으로부터 발생하는 레이저빔을 제 1 및 제 2 레이저빔으로 분할시킨 후, 상기 분할된 제 1 및 제 2 레이저빔을 각각 상이한 경로로 입사시킴으로써 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 입사되는 제 1 및 제 2 레이저빔은 동일한 에너지를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 레이저빔의 사이 각 및 파장을 조절함으로써 상기 자성-비자성 영역의 간섭주기를 조절할 수 있다. 이때 상기 자성-비자성 영역의 간섭주기는 하기 수학식 1에 의하여 조절될 수 있다.
a = λ / (2 ×sin(θ/2))
여기에서 a는 상기 자성-비자성 영역의 간섭 주기, λ는 레이저빔의 파장, θ는 제 1 및 제 2 레이저빔이 이루는 사이 각이다.
또한 본 발명의 일 실시예에서 상기 소자는 기판; 및 상기 기판 상에 적층된 박막층을 포함하는데, 이때 상기 박막층은 Co2MnSi를 포함할 수 있으며, 상기 기판은 유리를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 펨토초 레이저는 티타늄-사파이어 레이저일 수 있으며, 상기 박막층은 마그네트론(Magnetron) 스퍼터링(Sputtering) 방법에 의하여 상기 기판상에 증착될 수 있다.
상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판 및 상기 기판상에 적층된 박막층을 포함하며, 상기 박막층은 펨토초 레이저 광원으로부터 발생한 레이저빔의 간섭에 의하여 형성된 자성 및 비자성 영역을 포함하며, 향상된 광자성 효과를 갖는 1차원 스핀 광자결정을 제공한다. 상기 박막층은 Co2MnSi를 포함할 수 있으며, 또한 상기 기판은 유리를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법은 화학적 방법에 의한 종래기술에 비하여 보다 간단한 공정으로 대 표면적의 광자결정 생산이 가능하므로, 특히 고집적화 및 대량 생산에 적합한 효과가 있다. 더 나아가 본 발명에 따라 제조된 1차원 스핀 광자결정의 광자성 효과는 매우 우수하므로, 특히 새로운 광소자 개발 등에 응용되는 경우 많은 장점을 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 펨토초 레이저 광원으로부터 발생한 펄스파 레이저빔의 간섭에 의하여 표면상에 자성 및 비자성 영역을 형성시키는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법을 제공한다. 펨토초 레이저는 펄스파 레이저로서 대략 수 펨토초 이상의 펄스폭을 갖으며, 증폭을 할 경우 테라와트(1012 W)에 해당하는 순간 출력을 낼 수 있는 레이저이다. 본 발명은 이와 같은 펨토초 레이저의 간섭 현상을 발생시켜 광자결정 소자를 제조하는 경우, 매우 우수한 자성 및 비자성 영역을 갖는 광자결정이 형성되는 점에 착안한 것이며, 특히 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 1차원 스핀 광자결정은 커-회전 등과 같은 광자성 특성이 매우 향상된다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 펨토초 레이저의 간섭 현상을 발생시키기 위하여 펨토초 레이저 광원으로부터 발생하는 레이저빔을 제 1 및 제 2 레이저빔으로 분할시킨 후, 상기 분할된 제 1 및 제 2 레이저빔을 각각 상이한 경로로 상기 소자 표면의 동일 영역에 입사시킴으로써 이루어질 수 있다. 이로써 레이저빔 세기의 보강과 소멸이 주기적으로 반복되는 간섭현상을 상기 소자의 표면상에 유도할 수 있으며, 그 결과 표면의 특정 영역에서는 높은 에너지(보강), 또 다른 영역에서는 상대적으로 매우 낮은 에너지(소멸)의 레이저빔 입사를 유도하여, 선택적인 고온의 열처리가 가능하다. 하지만, 상술한 구성에 본 발명은 제한되지 않으며, 소자 표면상에 간섭 현상을 발생시킬 수 있는 한 어떠한 구성도 본 발명의 범위에 속한 다.
또한 분할된 제 1 및 제 2 레이저빔의 에너지가 상이한 경우 간섭무늬의 변조도(Fringe Visibility)가 감소하고, 불규칙한 특성의 자성-비자성 영역이 박막층의 표면상에 형성되는 문제가 있으므로, 본 발명의 일 실시예에서 상기 분할된 두 레이저빔은 동일한 에너지를 가지는 것이 바람직하다.
더 나아가 본 발명은 제 1 및 제 2 레이저빔이 입사되는 각도 또는 레이저빔의 파장을 변화시킴으로써 소자 표면상에 형성되는 자성-비자성 영역의 간섭 주기(Fringe Spacing)를 상기 수학식 1에 기초하여 용이하게 변경시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 소자는 기판; 및 상기 기판상에 적층된 박막층을 포함하며, 상기 박막층은 Co2MnSi를 포함할 수 있고, 또한 상기 기판은 유리를 포함할 수 있다. 특히 본 발명에 따라 기판상에 증착된 비정질 Co2MnSi 박막층은 투과전자현미경(TEM : Transmission Electron Microscopy) 등으로 관찰하여 볼 때 비정질 구조로서 자성이 관측되지 않았는데, 특히 호이슬러(Heusler) 합금에서 구조적 질서-무질서 변환에 의해 자성이 사라지는 특성에 의한 것으로 판단된다. 하지만, 본 발명에 따라 펨토초 레이저의 간섭 펄스를 상기 비정질 Co2MnSi 박막층에 발생시키는 경우, 상기 간섭 펄스는 상기 비정질 Co2MnSi 박막층을 결정화시켜 자성을 가지게 한다. 더 나아가 본 발명에 따라 펨토초 레이저의 간섭 펄스에 의하여 선택적인 자성영역이 형성된 결정소자는 매우 우수한 커-회전 등을 가지게 되는데, 하기 실험예에서 이를 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 펨토초 레이저는 티타늄-사파이어 레이저일 수 있다. 하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 펨토초 레이저빔을 발생시키는 한 어떠한 종류의 레이저 광원도 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 박막층은 마그네트론(Magnetron) 스퍼터링(Sputtering) 방법에 의하여 증착될 수 있다. 여기에서, 스퍼터링 방법이란, 스퍼터링 가스를 진공 분위기의 챔버(Chamber) 내부로 주입하여 형성하고자 하는 타겟 물질과 충돌시켜 플라즈마를 생성시킨 후 이를 기판에 증착하는 방법이며, 특히 본 발명의 일 실시예에서 상기 비정질 Co2MnSi 박막층을 적층시킨 방법인 마그네트론 스퍼터링 방법이란, 발생된 플라즈마를 영구자석에서 발생하는 자속(Flux)에 의해 집진하여 기판에 증착하는 방법을 말한다. 상기 마그네트론 스퍼터링은 상기 집진에 의해 균일한 플라즈마를 발생시킴으로써 균일한 박막을 형성할 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 비정질 Co2MnSi 박막층은 상온(Room Temperature) 및 3×10-7 Torr보다 낮은 진공 조건에서 증착되었고, 스퍼터링 타겟을 위한 Co2MnSi 잉곳은 Co, Mn 및 Si 분말의 혼합물을 아크 용융(Arc Melting)하는 방식으로 제조하였다. 또한 상기 비정질 Co2MnSi 박막층의 증착 공정에 있어서 아르곤 압력은 0.5 mTorr 내지 1.5 mTorr로 유지되며, 바람직하게는 1 mTorr로 유지되고, 상기 비정질 Co2MnSi 박막층의 증착률은 분당 6 nm 내지 8 nm, 바람직하게는 7 nm이다.
상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판 및 상기 기판 상에 적층된 박막층을 포함하며, 상기 박막층은 펨토초 레이저 광원으로부터 발생한 펄스파 레이저의 간섭에 의하여 자성 및 비자성 영역이 형성된 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정을 제공한다. 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 1차원 스핀 광자결정은 펄스파 레이저의 간섭 현상에 따른 선택적 열처리에 따른 자성-비자성 영역을 가지며, 매우 우수한 광자성 효과(예를 들면 높은 커-회전)를 발생시킨다.
또한 본 발명의 일 실시예에서 상기 박막층은 Co2MnSi를 포함할 수 있으며, 또한 상기 기판은 유리를 포함할 수 있다.
이하 실시예 및 도면을 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하지만, 하기의 실시예 등은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 하기의 실시예 및 도면 등에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다.
실시예 1
실시예 1-1
박막층 증착
비정질 Co2MnSi 박막층을 마그네트론 스퍼터링법에 의하여 유리 기판상에 증착하였다.
이를 보다 상세히 설명하면, 먼저 Co, Mn 및 Si 분말의 혼합물을 아크 용융(Arc Melting)하는 방식으로 스퍼터링 타겟을 위한 Co2MnSi 잉곳을 제조하였는데, 이때 스퍼터링 타켓의 조성비는 Co(99.5% SIGMA-ALDRICH):Mn(99.98% SIGMA-ALDRICH):Si(99.95% SIGMA-ALDRICH)이 2:1:1이었으며, 온도 상승 속도는 분당 50℃였다. 상기 Co2MnSi 잉곳 제조 후 습식 볼 밀링을 통해서 상기 잉곳을 파우더 형태로 분쇄한 후 다시 가압하여 2 인치의 크기를 갖는 스퍼터링 타겟을 제작하였다.
상기 스퍼터링 타켓 제작 후 비정질 Co2MnSi 박막층을 상온에서 RF 마그네트론 스퍼터링(Radio-frequency Magnetron Sputtering) 방식으로 유리 기판상에 증착하였는데, 이때 기본 압력(Base Pressure)은 3×10-7 Torr 이하이고, 증착되는 동안 아르곤의 압력은 1 mTorr로 유지하였으며, 증착 속도는 분당 7 nm이었다.
실시예 1-2
1차원 스핀 광자결정의 제조
펨토초 레이저빔의 간섭현상을 실시예 1-1의 비정질 Co2MnSi 박막층에 발생시킴으로써 자성-비자성 영역이 반복되는 1차원 스핀 광자결정을 제조하였다. 이하 도면을 이용하여 이를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차원 스핀 광자결정의 제조를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 티타늄-사파이어 레이저 광원(100)으로부터 발생한 펨토초 레이저빔(110)은 빔-스플리터(Beam Splitter, 120)를 거치면서, 두 개의 펨토초 레이저빔(130, 140)으로 분할되며, 분할된 제 1 펨토초 레이저빔(130)과 제 2 펨토초 레이저빔(140)은 각각 상이한 경로를 통하여 Co2MnSi 박막 표면에 입사된다. 이때 펨토초 레이저빔(110)의 발진 파장은 800 nm, 펄스 폭은 130 fs, 최대 펄스에너지는 1.0 mJ, 반복률은 1 kHz, 및 펄스 횟수는 3000회이었다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 펨토초 레이저빔의 간섭을 유도하기 위해서 제 1 펨토초 레이저빔(130)의 경로길이를 가변할 수 있는 이동스테이지(TS, 150)를 더 구비하였다.
샘플인 비정질 Co2MnSi 박막층의 표면에 입사된 제 1 펨토초 레이저빔(130) 및 제 2 펨토초 레이저빔(140)의 사이 각은 24도를 이루며, 상기 각도로 입사되는 제 1 및 제 2 펨토초 레이저빔은 비정질 Co2MnSi 박막층의 표면상에서 보강-소멸이 반복되는 간섭 패턴을 만들게 되고, 이로써 자성 및 비자성 영역이 반복되는 1차원 스핀 광자결정을 제조하였다.
실험예 1
표면 분석
도 2a 및 2b는 각각 실시예 1에서 제조된 1차원 스핀 광자결정에 대한 원자힘 탐침 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM), 자기힘 탐침 현미경(Magnetic Force Microscopy, MFM) 사진이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 펨토초 레이저빔의 간섭 현상을 이용한 선택적 열처리에 의하여 제조된 실시예 1-2의 광자결정은 1차원의 스핀 격자가 형성되어 있음을 볼 수 있다. 특히, 도 2a의 사진은 표면이 상대적으로 거친 밝은 띠(Band) 영 역과 표면이 상대적으로 매끄러운 어두운 띠 영역이 일정한 간섭주기를 가지면서 광자결정의 표면상에 형성된 것을 나타낸다. 더 나아가 도 2b의 자기힘 탐침 현미경 사진 또한 각각 상이한 특성을 갖는 두 영역(자성 및 비자성 영역)이 실시예 1의 광자결정의 표면상에 일정한 주기로 반복되고 있음을 나타낸다. 또한 상기 사진들은 모두 본 발명에 따라 제조된 1차원 스핀 광자결정의 표면상에 형성된 자성 영역 및 비자성 영역 간의 경계가 매우 뚜렷하게 형성되었음을 나타내는데, 상기의 결과들로부터 본 발명에 따라 제조된 광자결정의 구조는 유전함수의 비대각 성분을 가지는 금속 자성 물질의 광자성 성질과 유전함수의 대각 성분만을 가지는 금속 비자성 물질의 광물성이 주기적으로 결합된 구조를 의미하며, 결국 이것은 본 발명에 따라 제조된 1차원 스핀 광자결정이 두 개의 상이한 스핀 상태를 반복적으로 나타내고 있음을 나타낸다.
도 3은 자기힘 탐침 현미경의 라인 프로파일에 대한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 1차원 스핀 광자결정 소자는 2 ㎛의 주기로 반복되는 상이한 스핀 상태를 나타내는 것을 알 수 있으며, 이것은 상기 도 2a 및 2b의 결과와도 일치하는 것이다.
실험예 2
광자성 효과 측정
자성 영역 및 비자성 영역이 주기적으로 반복된 구조의 자기적 특성을 조사하기 위하여 광자기 회절 기술을 적용하였다. 본 실험예에서 횡적 커-회 전(Longitudinal Kerr Rotation)을 광탄성 변조기(Photoelastic Modulator, PEM )를 이용하여 45도의 입사각에서 0.001도 이하의 정밀도로 측정하였는데, 상기 광탄성 변조기는 50 kHz의 진동수 및 10-5 이상의 소멸계수 비 (Extinction Ratio)를 가지며, 632.8 nm의 파장을 가지는 헬륨-네온 레이저광을 입사 광원으로서 사용하였고 광전자증배관 (Photomultiplier : Hamamatsu, R374)을 광검출기로 이용하였다. 또한 편광자로는 불화 마그네슘 (MgF2)으로 제작된 두 개의 로션 편광자(Rochon Polarizers : Karl Lambrecht Corporation, MFRV5)를 사용하였고, 외부 자기장을 0차의 반사광 및 1차의 회절광에 수직 방향으로 인가하였고, 최대 ±5 kOe의 자기장 인가 성능을 가지는 전자석을 사용하였다.
도 4는 본 실험예에 따라 얻어진 횡적 커-회전 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 상기 도 4의 그래프는 0차의 반사광의 커-회전을 측정한 후 1차 회절된 광의 커-회전을 측정하여 얻은 각각의 자기 이력곡선에 해당한다. 상기 이력 곡선의 완만한 기울기로부터 관찰한 시편이 자기적으로 비균질한 다수의 상(Phase)으로 구성됨을 알 수 있는데, 이는 펨토초 레이저에서의 두 빛의 간섭 현상을 이용하여 제조된 본 발명의 1차원의 스핀 격자는 유전함수의 비대각 성분을 가지는 자성물질의 광자성과 대각 성분만을 가지는 비자성 물질의 광물성이 주기적으로 결합된 구조임을 나타낸다.
더 나아가 도 4의 그래프는 1차의 회절광에서의 광자성 커-회전은 0차의 반 사광에 비하여 거의 18배나 강화되었다는 것을 나타낸다. 따라서 본 발명에 따른 광자결정 소자의 제조방법은 단순히 주기구조의 주기만을 조절하여 광 제어를 수행하는 외에 또 하나의 자유도를 추가하게 되어 보다 다양한 광제어가 가능하다. 다시 말하면, 외부 자기장을 인가하거나 온도를 변화시켜 자성체의 자화를 조절함으로써 광제어가 가능하고, 또한 자성체만이 가지고 있는 독특한 광자기 효과를 조절하여 보다 폭 넓은 광 제어를 구현할 수 있다. 따라서 광자결정에 스핀을 결합시켜 광자성 효과 등이 향상된 상기 결과는 실제 소자에 적용하기에는 약한 광자성 효과를 극복할 수 있는 것으로 새로운 첨단 광소자 개발의 기초를 제공한다.
이상 실시예 및 도면 등을 통하여 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나, 이는 본 발명을 예시하고자 하는 것이며, 이에 본 발명이 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차원 스핀 광자결정의 제조를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2a 및 2b는 각각 실시예 1에서 제조된 1차원 스핀 광자 결정에 대한 원자힘 탐침 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM), 자기힘 탐침 현미경(Magnetic Force Microscopy, MFM) 사진이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 1차원 스핀 광자 결정에 대한 자기힘 탐침 현미경의 라인 프로파일에 대한 그래프이다.
도 4는 실험예 2의 횡적 커-회전 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

Claims (13)

  1. 자성 및 비자성영역을 포함하는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조 방법에 있어서, 펨토초 레이저 광원으로부터 발생한 레이저빔의 간섭에 의하여 자성 및 비자성 영역을 형성시키는 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저빔의 간섭은 상기 펨토초 레이저 광원으로부터 발생하는 레이저빔을 제 1 및 제 2 레이저빔으로 분할시킨 후, 상기 분할된 제 1 및 제 2 레이저빔을 각각 상이한 경로로 입사시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 레이저빔은 동일한 에너지를 가지는 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 레이저빔의 사이 각 및 파장을 조절함으로써 상기 자성-비자성 영역의 간섭주기를 조절하는 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 자성-비자성 영역의 간섭주기는 하기 수학식에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법.
    a = λ / (2 ×sin(θ/2))
    (여기에서 a는 자성-비자성 영역의 간섭 주기, λ는 레이저빔의 파장, θ는 제 1 및 제 2 레이저빔이 이루는 사이 각)
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 펨토초 레이저는 티타늄-사파이어 레이저인 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 소자는 기판; 및
    상기 기판상에 적층된 박막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 박막층은 Co2MnSi를 포함하는 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 기판은 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막층은 마그네트론(Magnetron) 스퍼터링(Sputtering) 방법에 의하여 증착되는 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자.
  11. 기판 및 상기 기판상에 적층된 박막층을 포함하며, 상기 박막층은 펨토초 레이저 광원으로부터 발생한 레이저빔의 간섭에 의하여 형성된 자성 및 비자성 영역을 포함하며, 향상된 광자성 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 박막층은 Co2MnSi를 포함하는 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 기판은 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 1차원 스핀 광자결정 소자.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130061640A (ko) * 2011-12-01 2013-06-11 삼성전자주식회사 광결정 구조를 이용한 자기광 커 효과의 증폭 방법, 자기광 커 효과가 증폭된 광결정, 및 광결정의 제조방법
KR101994102B1 (ko) * 2018-10-30 2019-09-30 엘아이지넥스원 주식회사 레이저용 광섬유 배열 블록 제작장치
KR101994103B1 (ko) * 2018-10-30 2019-09-30 엘아이지넥스원 주식회사 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3670534B2 (ja) 1999-09-30 2005-07-13 株式会社東芝 光素子の製造方法および製造装置
JP2003084158A (ja) 2001-09-10 2003-03-19 Techno Network Shikoku Co Ltd レーザービームの干渉によるダイヤモンド構造のフォトニック結晶の製造方法
KR100418910B1 (ko) 2001-12-21 2004-02-14 엘지전자 주식회사 광자 결정 제조 장치 및 방법
KR100815848B1 (ko) 2007-06-04 2008-03-24 한국표준과학연구원 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130061640A (ko) * 2011-12-01 2013-06-11 삼성전자주식회사 광결정 구조를 이용한 자기광 커 효과의 증폭 방법, 자기광 커 효과가 증폭된 광결정, 및 광결정의 제조방법
KR101994102B1 (ko) * 2018-10-30 2019-09-30 엘아이지넥스원 주식회사 레이저용 광섬유 배열 블록 제작장치
KR101994103B1 (ko) * 2018-10-30 2019-09-30 엘아이지넥스원 주식회사 레이저용 광섬유 배열 블록 제작방법

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