Antiferromagnetic (AFM) spintronics has attracted much attention because of its advantageous characteristics including ultrafast operation speed and high-density integration compared to the ferromagnet-based one. Among various AFM materials, a non-collinear AFM, Mn3Sn, is of particular interest due to its unique magnetic symmetry allowing magnetic spin Hall effect (MSHE). The MSHE can generate spin current carrying out-of-plane spin polarization and thereby switch the perpendicular magnetization without the help of an external magnetic field. In this paper, we first grow the Single and polycrystalline Mn3Sn films and analyzed their crystallinity, magnetic, and electric properties. Secondly, we fabricated the Mn3Sn/HM/FM tri-layer structure studied field-free SOT switching. In this structure we expected the out-of-plane spin current generated from the bottom Mn3Sn and exert torques on the perpendicularly magnetized Co layer. Interestingly, the SOT switching occurs even without an external magnetic field. This field-free switching behavior demonstrates that MSHE in Mn3Sn can generate a spin current with out-of-plane spin polarization. Also, we investigate the SOT switching varying the temperature, results were coincident with Mn3Sn’s phase transition temperature. This tendency also supports the origin of field-free switching as MSHE
반강자성 스핀트로닉스는 강자성체 기반에 비해 초고속 작동속도와 고밀도 집적도 등의 장점 때문에 많은 관심을 끌고 있다. 다른 반강자성 물질과 달리 비공선형 반강자성 물질인 Mn3Sn은 자기스핀홀효과를 허용하는 고유한 대칭 특성 때문에 특히 관심이 많다. 자기스핀홀효과는 평면 바깥 방향으로 스핀 분극된 스핀 전류를 생성하여 외부 자기장의 도움 없이 수직 자화를 스위칭할 수 있다. 본 연구에서는, 1차적으로는 Mn3Sn 단일층을 단결정과 다결정으로 성장하여 그 결정학적, 전기적, 자기적 특성들을 분석하였다. 이후 Mn3Sn/HM/FM의 삼중층 구조를 제작하여 하부층 Mn3Sn에서 생성된 스핀 전류를 이용하여, 수직 자화 층에 토크를 가하는 방식의 무자기장 SOT 스위칭을 연구했다. 흥미롭게도, SOT 스위칭의 결과 외부 자기장 없이도 스위칭이 가능했다. 무자기장 스위칭 결과는 Mn3Sn의 자기스핀홀효과가 평면 바깥 방향의 스핀 분극으로 스핀 전류가 생성되었음을 보여준다. 우리는 온도에 따른 SOT 스위칭 거동을 조사했고, 거동 변화의 경향이 Mn3Sn의 상전이 온도 경향과 일치하며, 이는 평면 바깥 방향의 스핀 전류가 Mn3Sn 층에서 생성되었음을 확인해 준다.
