Spintronics suggests one of the way to go to destination of next generation-low energy consuming device, by applying spin information of electron to various device. In this dissertion, we optimize the deposition condition of compensated ferrimagnet which make possible to research on ferrimagnetic dynamics.
Firstly, We suggest the optimization condition of $Gd_3Fe_5O_{12}$ sample which is suit on observing ferrimagnetic dynamics. Ferrimagnet is consist of two different magnetic moment which are antiferromagnetically coupled. As Ferrimagnet have similar magnetic structure to antiferromagnet with net moment involving easier control, research on ferrimagnetic dynamics become one of the most important topics in spintronics.
This dissertation aims for how compensation point of ferrimagnet affects to ferrimagnetic magnon spin, and introduce the progress on selecting, fabricating and optimizing condition for that goal. We investigated magnon spin measurement of ferrimagnetic alloy ‘Cobalt Gadolinium’, and experimentally confirmed that ferrimagnetic insulator is suit on applying to ferrimagnetic dynamics research. We optimized depositing condition of ferrimagnetic insulator $Gd_3Fe_5O_{12}$ using Metal Organic Decomposition which is relatively simpler than common method. We also checked the magnetic damping of sample and confirmed that our sample is suit on researching ferrimagnetic dynamics. Furthermore, we aimed to investigate the influence of temperature on the unidirectional spin Hall magnetoresistance in $Gd_3Fe_5O_{12}$ | Pt. We investigated how compensations of ferrimagnet affects the magnon induced signal such as unidirectional spin Hall magnetoresistance. From the result, we estiamate that the unidirectional spin Hall magnetoresistance in the ferrimagnetic insulator is determined by the lowest-energy magnons of the ferrimagnetic state. We expect the possibility that the temperature dependence of magnons in the ferrimagnetic state may impact various signals measured by magnons, such as unidirectional spin Hall resistance.
After all, we’ve investigated the measurement of unidirectional spin Hall magnetoresistance of $Gd_3Fe_5O_{12}$ | Pt system with various temperature passing through compensations. in order to observe how magnon inversion across compensation affect to magnon driven signal such as unidirectional spin Hall magnetoresistance. We found that that sign of unidirectional spin Hall magnetoresistance follows the magnon mode of ferrimagnet with lowest energy. This result indicates that the temperature dependent magnetic dynamics of ferrimagnet acts on various signal originated from magnon spin.
스핀트로닉스는 전자의 스핀 정보 활용을 통해 차세대 저전력 소자로 나아가는 길의 한갈래를 제시하고 있다. 본 학위 논문에서는 스핀트로닉스 분야의 중요한 연구 주제 중 하나로 대두되고 있는 보상점을 갖는 준강자성체 자기동역학적 특성 탐구 및 이를 위한 샘플 제작조건의 최적화에 대해 서술하고자 한다.
준강자성체의 경우 서로 다른 두 자화가 반강자성체와 같은 방식으로 상호작용하고 있으며 반강자성체와 유사하게 매우 빠른 자기동역학적 특성을 가지며 두 마그논 모드를 가진 것으로 알려져 있다. 스핀트로닉스 및 마그노닉스 분야에서는 준강자성체를 통해 마그논 소자에 개발에 마그논 스핀 이라는 자유도를 추가할 수 있을 것으로 기대중이다.
본 논문에서 에서는 보상점을 갖는 준강자성체의 마그논 스핀이 자기보상점, 각운동량 보상점에서 어떤 현상을 나타내는지 탐구하고자 하였으며 준강자성체의 마그논 스핀을 전기적으로 측정하는데 적합한 샘플을 선정, 제작 및 최적화하는 과정을 서술하였다. 먼저, 준강자성체 중 하나인 ‘Cobalt gadolinium’ 합금을 통해 준강자성체의 마그논 스핀을 측정을 시도해 보았으며, 준강자성체의 자기동역학을 연구하는데 준강자성 부도체가 적합함을 실험적으로 확인하였다. 우리는 준강자성체중 하나인 $Gd_3Fe_5O_{12}$ 를 Metal organic decomposition이라는 간편한 제작방법을 통해 제작하였으며 마그논 소자에 활용될 수 있는 수준의 자기적, 구조적 성질을 재현해 내었다. 준강자성체의 다양한 동역학적 성질 연구에 도움이 될 것으로 기대하고 있다.
또, $Gd_3Fe_5O_{12}$ | Pt 에서 온도에 의존하는 단방향 스핀 홀 저항을 측정하여 자기 보상점 및 각운동량 보상점이 단방향 스핀 홀 저항과 같이 마그논에 의한 신호에 어떤 영향을 주는지 확인하고자 하였으며. 그 결과, 자성 부도체에서의 단방향 스핀 홀 저항이 가장 낮은 에너지의 준강자성체 마그논에 의해 결정됨을 확인하였다. 해당 실험결과는 준강자성체의 마그논의 온도에 따른 변화가 마그논 스핀으로부터 측정되는 여러 신호에 영향을 준다는 가능성을 제시한다.
