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Nano-structural materials and their physical properties for nano-spintronics = 나노스핀트로닉스를 위한 나노구조 물질의 개발과 물리적 특성 분석에 관한 연구
서명 / 저자 Nano-structural materials and their physical properties for nano-spintronics = 나노스핀트로닉스를 위한 나노구조 물질의 개발과 물리적 특성 분석에 관한 연구 / Sung-Hun Lee.
저자명 Lee, Sung-Hun ; 이성훈
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2012].
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초록정보

Spintronics has been attracted much attention in the fields of future information technology because electronic device industries by only electrons have evolved into new paradigm of electrons with spins. For increase of volume, it is necessary to scale down the devices, thus a discovery of the materials for spintronics combined with nanotechnology has been much interested. In this dissertation, we report two proper nano-structural materials for the future nano-spintronics, Ag2Te and Fe1-xCoxSi. We report unconventional magneto-transport properties of an individual Fe1-xCoxSi nanowire. Below the Curie temperature (TC), we have studied dependence of the resistivity on the angle between the directions of the magnetization and electrical current. Observed anisotropic magnetoresistance (MR) ratio is negative, indicating that the conduction electrons in a minority spin band of the Fe1-xCoxSi nanowire dominantly contribute to the transport. Unlike typical ferromagnets, positive MR is observed in the overall temperature range. MR curves are linear below TC, and show a quadratic form above TC, which can be explained by the change of density of states arising from the band structures of Fe1-xCoxSi nanowire shift under a magnetic field. The temperature dependence of the resistivity curve is well explained by the Kondo effect. The Kondo temperature of a Fe1-xCoxSi nanowire is lower than that of the bulk state due to suppression of Kondo effect. High single-crystallinity of Fe1-xCoxSi nanowires allowed us to observe and interpret quite subtle variation of prominent intrinsic transport properties. Recently, the possibility has been suggested that Ag2Te is a topological insulator with highly anisotropic Dirac cone. We synthesize single crystalline Ag2Te nanowires and nanoplates with triple layered structure. We observe Aharanov-Bohm (AB) oscillation attributed to the quantum interference due to phase coherence around the perimeter of Ag2Te nanowire via transport measurements. The angle and temperature dependences of the AB oscillation indicate the existence of the conducting surface states in Ag2Te nanowire, confirming that Ag2Te is a topological insulator. Ag2Te nanoplates with high carrier mobility exceeding 22,000 cm2/Vs show pronounced Shubnikov-de Haas (SdH) oscillation. From the SdH oscillation, we obtain the invaluable Fermi states parameters of Ag2Te, supporting the information on topological surface studies in this material. Understanding the basic physics of this topological insulator with an anisotropic Dirac cone may lead new applications in nanoelectronics and spin-based transistor.

스핀트로닉스는 전자들만 사용하는 전자 소재 산업이 스핀을 가진 전자들의 새로운 패러다임으로 발전해 가고 있기 때문에 미래 정보 기술의 영역에서 많은 매력을 가지고 있다. 용량의 증가를 위해서 소자의 크기 감소가 필수적이며, 그래서 나노기술과 융합된 스핀트로닉스를 위한 물질의 개발이 큰 관심을 받아오고 있다. 본 학위 논문에서는, 미래 나노스핀트로닉스를 위한 Ag2Te와 Fe1-xCoxSi 두 가지 적합한 나노 구조 물질들에 대해서 보고한다. 우리는 단일 Fe1-xCoxSi 나노선의 비전형적인 자기 수송적 특성들을 보고한다. 우리는 Curie 온도 (TC) 아래에서 자화도의 방향과 전류의 방향 사이의 각도에 따른 비저항의 의존성을 연구하였다. 측정된 비등방성 자기저항 비율은 음의 값을 보여주는데, 이는 Fe1-xCoxSi 나노선의 minority spin band 내의 전도성 전자들이 주도적으로 수송에 기여한다는 것을 의미한다. 전형적인 강자석과는 달리 양의 자기저항 (MR) 이 전체 온도 영역에서 관찰되었다. MR 곡선은 TC 아래에서는 선형적이고, TC 보다 높은 온도에서는 2차함수의 형태를 보이는데, 이는 자기장 환경 하에서 Fe1-xCoxSi 나노선의 band 구조가 이동하면서 생기는 상태 밀도 변화에 의해 설명할 수 있다. 저항 곡선의 온도 의존성은 콘도효과에 의하여 잘 설명된다. Fe1-xCoxSi 나노선의 콘도 온도는 콘도 효과의 억제 때문에 벌크 상태보다 낮다. Fe1-xCoxSi 나노선의 높은 단결정성은 우리가 이러한 명확하고 본질적인 수송 특성들의 아주 미묘한 변화를 관찰하고 해석이 가능하게 하였다. 최근에, Ag2Te가 아주 비등방성인 Dirac cone을 가진 위상절연체라는 가능성이 제안되었다. 우리는 triple layer 구조를 가진 단결정 Ag2Te 나노선과 나노판을 합성하였다. 수송 측정을 통해 우리는 Ag2Te 나노선 둘레 근처에서의 phase coherence에 의한 양자 간섭에 기인한 Aharanov-Bohm (AB) 진동을 관찰하였다. AB 진동의 각도 의존성과 온도 의존성은 Ag2Te 나노선에서의 전도성 표면 상태의 존재를 알려주는데, 이는 Ag2Te가 위상절연체임을 확인해준다. 22,000 cm2/Vs 가 넘는 carrier mobility를 가지는 Ag2Te 나노판은 확연한 Shubnikov-de Haas (SdH) 진동을 보여준다. SdH 진동으로부터, 우리는 Ag2Te의 매우 유용한 Fermi 상태 인자들을 얻을 수 있는데, 이들은 이 물질의 위상학적 표면 연구에 대한 정보를 제공한다. 비등방성 Dirac cone을 가지는 이 위상절연체의 basic physics를 이해하는 것은 nanoelectronics and spin-based transistor에서 새로운 응용성을 가져다 줄 것이다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCH 12013
형태사항 xvii, 99 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이성훈
지도교수의 영문표기 : Bong-Soo Kim
지도교수의 한글표기 : 김봉수
수록잡지명 : "Magnetotransport Properties and Kondo Effect Observed in a Ferromagnetic Single-Crystalline Fe1-xCoxSi Nanowire". Chemistry-An Asia Journal, v.7, issue 2, pp.406-411(2012)
수록잡지명 : "Electronic transport mechanism and photocurrent generations of single-crystalline InN nanowires". Nanotechnology, v. 19, no. 41, pp.415202(2008)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 References : p. 82-90
주제 Spintronics
Ag2Te
Fe1-xCoxSi
topological insulator
ferromagnet
스핀트로닉스
실버 텔루라이드
규화철코발트
위상절연체
강자석
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