스핀트로닉 응용을 위한 MoS2 나노구조를 구성하는 자성 NiFe 박막

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 9809(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

우리는 Ni80Fe20(퍼멀로이:Py) 박막 공액 MoS2 나노 플레이크로 만들어진 나노 구조 층을 시연합니다. 이온성 Ni와 Fe, MoS2 플레이크가 공존하는 단일 용액에서 Py와 MoS2의 단일 단계 동시 증착을 기반으로 층이 만들어집니다. MoS2 플레이크로 합성된 박막은 보자력이 증가하고 광자기 커 효과가 향상되는 것을 보여줍니다. MoS2의 존재로 인해 강자성 공명 선폭과 감쇠 매개변수가 Py 층에 비해 크게 증가했습니다. 라만 분광법과 원소 매핑은 Py 박막 내 MoS2의 품질을 보여주기 위해 사용됩니다. 우리의 합성 방법은 기능성 스핀트로닉 기반 장치의 전기화학적 생산을 위한 새로운 기회를 약속합니다.

특히 2차원(2D) 재료에 접합된 자성 박막에서 스핀트로닉스의 최근 유망한 성과로 인해 이 주제는 미래 스핀트로닉 기반 메모리 및 컴퓨팅 장치에서 중요한 역할을 탐구하기 위한 기초 연구에 흥미를 갖게 되었습니다1,2,3,4,5 . 이러한 구조에서 파생되는 기본 현상의 핵심은 스핀-궤도 상호 작용(SOI)6,7입니다. 스핀트로닉 장치에서 SOI의 이점을 활용하려면 SOC(스핀-궤도 결합)가 높은 재료, 주로 Pt 및 Ta8과 같은 중금속이 자성 박막과 접촉하는 장치에 사용됩니다. 또한, 최근 2D 소재 분야의 발전으로 인해 SOC가 높은 중금속9,10 대신 흥미로운 특성을 지닌 2D 소재를 구현하는 데 특별한 초점이 맞춰지고 있습니다. 많은 연구에서 SOI를 향상시키고 표면 이방성을 유도하기 위해 강자성 박막과 접촉하는 전이 금속 디칼코게나이드(TMDC)의 성공적인 사용이 입증되었습니다.11,12. 우리는 최근 자기 이방성이 Py 박막 표면의 MoS2에 의해 조정될 수 있고 예측된 계면 이방성이 Co/블랙-포스포렌에서 변경될 수 있음을 입증했습니다. 여기서는 MoS2 얇은 플레이크의 구현에 따라 Ni80Fe20의 자기 특성이 변경되는 것을 보여줍니다. 이는 단일 강자성 박막 전체가 SOC에 의해 유도된 고유 자기 특성을 보유하고 있음을 보여줍니다.

스퍼터링 및 열 증발과 같은 물리적 기술을 기반으로 한 스핀트로닉스 장치용 박막 제조는 최고의 성능을 보여주었습니다. 게다가, 전착 방법은 매우 높은 층 반복 수(100개 이상의 반복 층17)를 갖는 스핀 밸브와 스핀 열량소자용 기능성 나노와이어를 생산하는 데 매우 유망한 것으로 확립되었습니다. 전착은 공극이 없는 초박막 필름을 제공하거나 단일 성장으로 다양한 유형의 재료의 다층을 만드는 능력이 부족하다는 점을 언급해야 합니다21. 강자성 박막과 접촉하는 2D 재료의 구현은 어려웠으며 이러한 구조는 강자성 층에 제작된 2D 층을 전사하여 만들어집니다. 다단계 제조 방법 외에도 재료 접촉이 열악하여 지금까지 재현성과 확장성을 제한합니다. 따라서 더 높은 수율과 기능성을 달성하기 위해서는 2차원 물질/강자성층의 이종 구조를 만들기 위한 새로운 제조 방법의 개발이 요구됩니다.

이 연구에서 우리는 Py 자성 필름 제조를 위해 전착 방법을 사용하고 용액의 이온 원소와 MoS2 얇은 플레이크의 공동 전착을 제시합니다. 라만 분광법은 성장된 자성 필름 내부에 얇은 MoS2 플레이크가 성공적으로 구현되었음을 나타냅니다. MoS2 플레이크가 있는 층의 자기 특성은 매질의 SOC 향상과 직접적으로 관련된 더 높은 자기 보자력 및 감쇠 매개변수를 포함하여 순수 강자성 층과 현저한 차이를 보여줍니다. 우리의 결과는 우리의 제조 방법이 강자성체에서 SOC를 유도하기 위해 MoS2와 자성 재료 사이에 좋은 근접성을 가져왔다는 것을 나타냅니다. 우리의 방법은 적용된 성장 전압/전류와 같은 성장 조건의 제어를 통해 조사된 물질의 구배 또는 다층 성장에 사용될 가능성이 있습니다.