• 한국자기학회지
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• 제26권2호
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• pp.39-44
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• 2016

대표적 열전물질인 비스무스 텔루라이드에 자성원자를 도핑한 합금에 대한 구조 및 전자적 그리고 자기적 성질에 관한 연구는 고효율 열전물질의 개발이라는 목적뿐만 아니라 특이한 자기적 상호작용 규명 및 위상절연체 분야에서도 큰 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 희토류 원자로서 매우 국소화된 f 전자를 갖는 Gd이 Bi을 치환하여 도핑된 비스무스 텔루라이드 합금의 자성 안정성을 밀도범함수(Density Functional Theory)에 입각하여 제일원리적으로 연구하기 위하여 모든 전자(all-electron) FLAPW(full-potential linearized augmented plane-wave) 방법을 이용하여 전자구조 계산을 수행하였다. 전자간 교환-상관 상호작용은 일반기울기 근사법(Generalized Gradient Approximation)을 도입하여 계산하였으며, 국소화된 f 전자를 기술하는 데 필요한 Hubbard+U 보정과 스핀-궤도 각운동량 상호작용은 제2 변분법적 방법을 이용하여 고려하였다. 계산 결과, 강자성 안정성을 보이는 Gd 덩치계와 다르게 이 합금은 강자성과 반강자성의 총에너지 차이가 ~1 meV/Gd 정도의 아주 작은 값으로 얻어져서, 그 자성 안정성은 결함이나 strain 등에 의한 구조변화에 민감하게 의존하여 변할 수 있음을 알 수 있었다. 특히 Gd 스핀자기모멘트는 덩치에서의 값에 비해 감소하였고, Gd에 가장 가까운 Te에 유도 자기모멘트가 형성되는 것으로 미루어 Te를 매개로 한 자성상호작용이 자성 안정성을 결정하는 데에 중요한 역할을 하는 것으로 예측할 수 있었다.

• 한국광물학회지
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• 제26권1호
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• pp.19-25
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• 2013

지난 10여 년간 미항공우주국 주도로 진행된 화성탐사 연구는 화성 암권의 주요 자성광물임을 적철석으로 판명하였다. 금번 연구에서는 적철석의 열잔류자화와 저온 실온포화잔류자를 이용하여 화성 암권에 존재하는 적철석의 자화안정도 검증을 시도하였다. 적철석의 실온포화잔류자화는 모린변환온도인 260 K를 기점으로 급격히 감소한다. 10 K까지 냉각시킨 적철석 시료를 가열하면 260~265 K에서 자화회복이 발생하며, 잔류자화기억도는 37%이다. 실제 화성지표의 일교차는 모린변환온도를 포함하므로, 화성 지표에서 적철석을 함유하는 암체의 자화는 모린변환에 의한 자화안정도가 고려되어야 한다. 지표용암의 고결과 동시에 생성되는 열잔류자화의 강도는 50 ${\mu}m$ 이하 크기에서 적철석 입자반경에 비례하며 증가한다. 화성의 온도구배가 관측된 적은 없지만, 지구의 온도구배를 기준으로 유추하면 대략 1.5 km 이하의 화성 암권은 모린변환온도와 무관하게 적철석의 자화보유가 상시 가능하다. 따라서 행성의 진화가 멈춰진 대략 40억 년 이전에 존재하던 내부기원의 화성자기장 기록이 화성의 암권에 현재까지 보전되어 화성 암권의 자기이상을 유지해온 것으로 해석된다.

• 한국자기학회지
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• 제11권4호
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• pp.141-145
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• 2001

Mn-Ir-Pt/Ni-Fe 교환이방성 이층박막은 계면에서 높은 교환결합자계(exchange bias field; $H_{ex}$)를 가질 뿐만 아니라 뛰어난 열적안정성과 Mn-Ir에 비하여 좋은 내식성을 나타내므로 스핀밸브형 다층막 소자의 고정층의 재료로 적합하다고 생각되어진다. 열적안정성에 관한 평가인 blocking 온도( $T_{b}$)는 Mn-Ir이 240 $^{\circ}C$로 Mn-Ir-Pt가 250 $^{\circ}C$로 Mn-Ir에 비하여 Mn-Ir-Pt의 $T_{b}$가 높은 것으로 평가되었으며, 내식성에 관한 평가인 부식전류밀도는 Mn-Ir-Pt 10배 정도의 낮은 값을 가지므로 내식성 또한 Mn-Ir에 비해 우수한 것으로 평가된다. Mn-Ir에 Pt를 약 1.9 at%정도 첨가하였을 때 $H_{ex}$가 가장 큰 값을 나타내었다. 본 연구에서 Ni-Fe/M $n_{78.3}$I $r_{19.8}$P $t_{1.9}$의 고정층을 사용한 스핀밸브 다층막의 자기적, 구조적 특성을 연구한 결과 약 5 %의 자기저항비를 얻을 수 있었다.다.다.다.다.다.다.

• 한국자기학회지
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• 제18권5호
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• pp.180-184
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• 2008

이온빔 증착법으로 제작한 코닝유리(Corning glass)/Ta(5 nm)/NiFe(7 nm)/FeMn(25 nm)/Ta(5 nm) 다층박막 구조에서 반강자성체 FeMn층 증착시 인가한 일축 이방성 자기장 방향에 따른 강자성체 NiFe층의 자화 스핀배열 의존성을 조사하였다. NiFe층과 FeMn 층 증착시 인가한 자기장 방향을 달리한 각도는 각각 $0^{\circ},\;45^{\circ},\;90^{\circ}$였다. 용이축 MR(magnetoresistaice) 곡선으로부터 얻은 교환결합세기(Hex)는 증착 자기장 각도가 $45^{\circ}$일 때 40 Oe로, $90^{\circ}$일 때는 거의 0 Oe로 감소하였다. 반면에 곤란축 MR 곡선으로부터 얻은 $H_{ex}$ 값은 증착 자기장 각도가 $45^{\circ}$일 때 35 Oe로, 90o일 때는 79 Oe로 증가하였다. 강자성체 층의 용이축과 반강자성체 층의 일축 이방성 방향이 $90^{\circ}$ 차이가 나는 계면에서도 FeMn층이 NiFe층의 자기모멘트 스핀방향을 회전시켜 교환결합 이방성 효과가 발생함을 알 수 있었다.

• 한국자기학회지
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• 제23권6호
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• pp.200-204
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• 2013

마그네트론 스퍼터를 이용하여 반강자성/비자성/강자성의 삼층박막 $50{\mu}m{\times}50{\mu}m$ 크기의 십자 형태의 PHR 자기센서를 제작하고, 도메인스코프를 이용하여 외부자기장에 의한 PHR 센서의 자화거동을 관찰하였다. 또 자기저항 신호로부터 센서 특성 및 자기 민감도를 측정하였다. 삼층 구조의 PHR 센서에서 자기이력곡선 이동으로부터 측정한 교환결합력은 20 Oe였으며, $20^{\circ}$에서 자기 민감도는 $20{\mu}V/Oe$이였다. 이를 이용하여 자기 모멘트가 $10^{-13}emu$인 자기 박테리아를 $1{\times}10^3$개 정도의 분해능까지 측정하였으며, 또한 자기 민감도와 박테리아에 의한 출력 전압을 이용해 계산한 결과 박테리아 한 마리가 가지는 자기장의 크기는 $5{\times}10^{-5}Oe$이였다.

• 한국자기학회지
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• 제23권5호
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• pp.149-153
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• 2013

이 연구에서는 방사광 연 X선 광흡수 분광법(soft x-ray absorption spectroscopy: XAS)을 이용하여 $TCr_2O_4$(T = Fe, Co, Ni) 스피넬 산화물들의 전자 구조를 연구하였다. 전이금속 이온들의 2p 준위의 흡수에 의한 XAS 측정으로부터 T(T = Fe, Co, Ni) 이온들의 원자가는 공통적으로 2가($T^{2+}$)이며, Cr 이온의 원자가는 3가 ($Cr^{3+}$) 임을 발견하였다. 그리고 T 이온들은 정사면체 대칭성을 가진 A 사이트에 주로 위치하고, Cr 이온은 정팔면체 대칭성을 가진 B 사이트에 주로 위치함을 알 수 있었는데, 이러한 발견을 통하여 $TCr_2O_4$는 정상 스피넬에 가까운 구조를 가지고 있다고 결론지을 수 있다. 또한 $FeCr_2O_4$와 $NiCr_2O_4$에서는 얀-텔러 변형이 중요한 역할을 하지만, $CoCr_2O_4$는 얀-텔러 변형이 없는 입방체 구조를 유지하는 원인을 알 수 있었다. 그러므로 $TCr_2O_4$에서 $Cr^{3+}$ 상태의 이온들과 $T^{2+}$ 상태의 이온들 간의 반강자성 결합이 이 산화물들의 자성 특성을 결정하는데 중요한 역할을 한다고 생각된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.183-183
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• 2014

Recently, multiferroic materials gain much attention due to their fascinating fundamental physical properties. These materials offer wide range of potential applications such as data storage, spintronic devices and sensors, where both electronic and magnetic polarizations can be coupled. Among single-phase multiferroic materials, $BiFeO_3$ is typical because of the room-temperature magnetoelectric coupling in view of long-range magnetic- and ferroelectric-ordering temperatures. However, $BiFeO_3$ is well known to have large leakage current and small spontaneous polarization due to the existence of oxygen vacancies and other defects. Furthermore the magnetic moment of pure $BiFeO_3$ is very weak owing to its antiferromagnetic nature. Recently, various attempts have been performed to improve the multiferroic properties of $BiFeO_3$ through the co-doping at the A and the B sites, by making use of the fact that the intrinsic polarization and magnetization are associated with the lone pair of $Bi^{3+}$ ions at the A sites and the partially-filled 3d orbitals of $Fe^{3+}$ ions at the B sites, respectively. In this study, $BiFeO_3$, $Bi_{0.9}Ho_{0.1}FeO_3$, $BiFe_{0.97}Ni_{0.03}O_3$ and $Bi_{0.9}Ho_{0.1}Fe_{0.97}Ni_{0.03}O_3$ bulk compounds were prepared by solid-state reaction and rapid sintering. High-purity $Bi_2O_3$, $Ho_2O_3$, $Fe_2O_3$ and $NiO_2$ powders with the stoichiometric proportions were mixed, and calcined at $500^{\circ}C$ for 24 h to produce the samples. The samples were immediately put into an oven, which was heated up to $800^{\circ}C$ and sintered in air for 1 h. The crystalline structure of samples was investigated at room temperature by using a Rigaku Miniflex powder diffractometer. The field-dependent and temperature-dependent magnetization measurements were performed with a vibrating-sample magnetometer and superconducting quantum-interference device.

• 한국자기학회지
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• 제10권1호
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• pp.37-41
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• 2000

Fe$_2$O$_3$를 이용한 스핀밸브 박막에서 발생하는 교환결합력(H$_{ex}$)과 자기저항현상에 대하여 연구하였다. XRD측정결과 제작된 시편에서 $\alpha$-Fe$_2$O$_3$가 형성되었음을 확인하였다. 바닥층으로 사용한 Fe$_2$O$_3$와 인접한 강자성층 사이에서 교환결합이 발생하였음을 확인하였고, Fe$_2$O$_3$의 두께가 400 $\AA$에서 800 $\AA$으로 증가할 경우, H$_{ex}$가 13.5 Oe에서 84.5 Oe로 증가하였다. AFM을 이용하여 박막의 표면을 조사한 결과, Fe$_2$O$_3$의 두께가 증가함에 따라 표면거칠기가 증가함을 알 수 있었다. 표면거칠기의 증가는 Fe$_2$O$_3$와 인접한 NiFe 사이에서의 정자장결합력을 증가시켜 결과적으로 교환결합력의 증가를 가져온 것으로 해석되며, 두께증가에 따라 교환결합력도 계속 증가하는 경향을 나타내었다. 자기저항비는 Fe$_2$O$_3$의 두께변화에 관계없이 약 2 %대로 일정한 값을 유지하였다. 이는 표면거칠기가 H$_{ex}$의 크기에는 영향을 미치지만 자기저항비에는 영향을 미치지 못하는 것으로 생각된다.

• 한국자기학회지
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• 제24권5호
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• pp.140-145
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• 2014

본 연구에서는 교환 결합 특성을 갖는 CoFe/MnIr 박막 재료에서 MnIr의 두께에 따라 측정한 토오크 신호를 Stoner-Wohlfarth 모델로 계산한 결과와 비교 분석하였다. 모델 계산을 위하여 일축 이방성 상수 $K_F$와 $K_{AF}$를 각각 갖는 강자성(F)층과 반강자성 (AF)층 계면에 작용하는 교환 결합 상수 $J_c$를 고려하였다. 고정되지 않는 AF층에 의한 회전 손실은 $0.5t_c$ < $t_{AF}$ < $t_c$ ($=J_c/K_{AF}$)의 범위에서 나타나며, 고정된 AF층에 의한 일방 이방성 상수 $J_k$는 $t_{AF}$ > $t_c$에서 나타났다. CoFe/MnIr 재료에서 임계두께는 $t_c$ = 3.4 nm였으며, $t_{AF}$ = 3 nm의 시편에서 측정한 토오크 신호에서 보인 회전 손실은 AF 결정립의 용이축이 모든 방향으로 고르게 분포한 특성으로 설명되었다. $t_{AF}$ = 10 nm의 시편에서 측정된 토오크 신호에서 추출한 일방 이방성 상수는 $J_k=0.63J_c$의 관계를 보였다. 따라서, 일방 이방성 상수는 AF 결정립의 용이축을 한쪽 방향으로 정렬할 경우 $J_k=J_c$가 되어 약 37 %의 특성 향상을 기대할 수 있다.

• 한국자기학회지
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• 제22권1호
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• pp.15-18
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• 2012

Olivine 구조인 $LiFe_{0.9}Mn_{0.1}PO_4$ 분말 시료를 직접합성법(solid state method) 으로 제조하였으며, 결정학적 및 자기적 특성을 x-선 회절(x-ray diffractometer), 초전도 양자 간섭계(superconducting quantum interference devices) 및 뫼스바우어 분광(M$\ddot{o}$ssbauer spectroscopy) 실험을 이용하여 연구하였다. $LiFe_{0.9}Mn_{0.1}PO_4$ 시료의 결정구조는 공간그룹이 Pnma인 orthorhombic 구조임을 Rietveld 정련법으로 분석하였다. $LiFe_{0.9}Mn_{0.1}PO_4$ 시료의 닐온도 (N$\acute{e}$el temperature; $T_N$)는 50 K으로 나타내었고 닐온도에서 자기 상전이가 일어나는 것을 초전도 양자 간섭계 실험을 통하여 확인하였다. Fe(Mn)-O 이온간 거리를 분석하여 $FeO_6(MnO_6)$ 팔면체 구조가 비대칭임을 확인하였고 그 구조로 인하여 강한 결정장에 영향을 받으며, 닐온도 이상에서 자기 2중극자 상호작용은 사라지고, 강한 결정장에 의한 전기 4중극자 작용만이 존재하여 두 개의 흡수선이 나타나는 것을 뫼스바우어 분광 실험을 통하여 분석하였다.