Since L. Datta and B. Dass had proposed a spinelectronic analog of the electro-optic light modulator. this system open the way to what was later called spintronics. The Ferromagnet/semiconductor is a representative system in spintronics and the growth of ferromagnetic films on semiconductors offers the opportunity for many new technological applications such as magnetic tunnel junction and spin valve transistor etc.
I n this study, we have investigated magnetic properties of Co films on InP (2x4) reconstruction surface. Experiments are mainly divided into two processes. One is to form flat InP (2x4) reconstruction surface. The other is to observe the magnetic properties of Co on InP (2x4) reconstruction surface by in-situ SMOKE measurements.
In order to form InP reconstruction surface, we sputtered and annealed. Therfore we obtain InP (2x4) reconstruction surface by sputterig the sample at the pressure of $2x10^{-7}$ Torr, and anneling at 400℃ for 20~30 minutes over 8 times repeatedly. We confirmed these results by RHEED and STM measurements.
As the next stage, we grew Co films on InP (2x4) reconstruction surface at room temperature and observed magnetic properties of Co films through in-situ SMOKE measurements. As a result we observed three distinguishable regions with different magnetic properties. First is region I that there is no signal due to magnetic dead layer or superparamagnetic layer (2 ML ~ 7 ML). Second is region II that Kerr signals in both longitudinal and polar measurements are not detected (8 ML ~ 15 ML). In this region, square loops with low coercivity appear in longitudinal SMOKE measurements. Third is region III that polar Kerr signal is not detected, and coercivity increase abruptly in longitudinal measurement (16 ML ~). Especially, longitudinal loop shows a step at 16 ML. One possibility is the existence of anisotropy in a specific direction different from applied field direction. For verification, we observed SMOKE signals in longitudinal mode, with rotating the sample along the axis of plane perpendicular. But we could not observe remarkable changes in hysteresis loops. Consequently, we can conclude that the existence of anisotropy is not a cause of a step in longitudinal loop.
최근 들어 magnetism에서 새롭게 연구되고 있는 분야가 spintronics이다. Spintronics란 기존의 electronic system과 spin system이 결합된 분야로, magnetic storage, MRAM, MTJ 등 많은 곳에 응용되고 있다. 이러한 spintronics의 가장 대표적이 것이 semiconductor와 ferromagnetic metal이 결합된 system이다. 이러한 반도체 중, InP는 III-V족 반도체의 성질인 direct bandgap을 비롯하여 굴절률이 높다는 장점으로 인해 optical device나 integrated device 등에 많이 쓰이게 되면서 Ge, Si, GaAs 에 이어 반도체에 있어 제 4의 물결로 각광 받고 있다. 본 연구에서는 InP 위에 Co를 증착한 뒤에 이를 in-situ SMOKE 측정을 통해서 자성적 특성을 연구하였다.
InP 위에 Co를 증착할 때, 선행되어야 하는 것이 InP의 flat reconstruction surface를 만드는 것이다. 특히 우리의 실험의 경우에서는 Co의 epitaxial growth를 위해서 이러한 과정이 중요하다. Flat surface를 만들기 위해 InP에 열을 가할 경우, 필연적으로 나타나는 것이 surface reconstruction이다. 따라서 우리는 몇 가지 reconstruction 중, InP (2x4) reconstruction을 형성하게 되었으며, 이를 위해 sputtering과 annealing의 방법을 사용하였다. 결과적으로 우리는 2 × $10^{-7}$ Torr 의 압력에서의 $Ar^{+}$ sputtering과 400℃에서의 annealing을 8번 이상을 반복적으로 수행하여 (2×4) reconstruction surface를 형성할 수 있었다.
다음으로 이러한 InP (2×4) surface 위에 Co를 증착한 후에 SMOKE 측정을 통해 자성적 특성을 관찰하였다. 그 결과, Co의 두께에 따라 자성적 특성이 서로 다른 세가지 영역이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Longitudinal signal과 polar signal이 모두 관측되지 않는 영역 (2~7 ML), longitudinal 측정 시 coercivity가 작은 square loop이, polar 측정 시 coercivity가 큰 loop이 나오는 영역 (8~15 ML), longitudinal loop의 coercivity가 갑자기 증가하고, polar signal이 사라지는 영역 (16 ML ~)이다.
또 16 ML에서 longitudinal 측정 시, step을 갖는 hysteresis loop이 나왔다. field방향과는 다른 방향의 anisotropy에 의해서 이러한 현상이 일어날 수 있으므로, in-plane 상에서 sample을 돌려가면서 SMOKE 측정을 시행하였다. 그 결과, hysteresis loop에서 큰 변화는 없었고, step은 anisotropy에 의한 것이 아니라 다른 요인에 의한 것임을 알 수 있었다. Co의 두께가 증가함에 따른 growth structure의 변화가 이에 대한 원인이 될 수 있을 것이다.
