Spin-orbit interaction (SOI) is a principle of generating non-local spin current in non-magnetic materials, and it is being actively researched to solve the problems of conventional electronic device such as miniaturization and power consumption reduction. Recently, magnetization switching and oscillator via SOI have been studied in non-magnet (NM)/ferromagnet (FM) junction. However, most of them are limited to NM/FM single junction. Here, we investigated the spin Hall magnetoresistance (SMR) and spin-orbit torque (SOT), the representative phenomena of SOI, in NM/FM with adjusting symmetry in order to expand understanding and applicability of SOI in NM/FM junction. First, we found experimentally and proved theoretically the new type of SMR which depend on the sign of spin Hall angle in the NM/FM/NM. We also confirmed that the SMR is amplified about twice in the FM/NM/FM. Then, we found a proportional relationship between the amount of SMR and the ratio of NM/FM interfaces per NMs. In addition, by using lateral symmetry breaking, we have been able to eliminate the presence of an external magnetic field which is the limit of the conventional spin-orbit torque magnetization switching. Based in these facts, we have confirmed that the SOI can be manipulated by structural design.
스핀 궤도 결합은 비자성 물질을 이용해 비국부적 스핀 전류를 생성해 낼 수 있는 원리로 기존 전자소자의 소형화 및 소비전력 감소를 위해 스핀트로닉스 분야에서 활발히 연구되고 있다. 최근에는 비자성/강자성 접합에서의 스핀 궤도 결합을 통한 자화 반전이나 자화 발진기를 구현하는 연구가 진행되고 있으나, 대부분 비자성/강자성 단일접합 구조에 한정되어 복잡한 구조에서의 연구가 필요한 실정이다. 이 논문에서는, 비자성/강자성 대칭성 변화에 따른 스핀 홀 자기저항과 스핀-오빗 토크의 변화에 대한 연구를 통해 스핀 궤도 결합의 이해와 응용가능성 확대를 도모하였다. 비자성/강자성/비자성 구조에서 스핀 홀 각도의 부호에 의존하는 등 기존 이론으로 설명되지 않는 스핀 홀 자기저항의 새로운 거동 원리 두 가지를 발견 및 이론적으로 증명하였다. 또한 강자성/비자성/강자성 구조에서 스핀 홀 자기저항이 약 2배로 증폭되는 현상을 하였고, 이 두 가지를 구조에서의 분석을 바탕으로 다중 접합에서 스핀 홀 자기저항이 접합의 수와 비자성체 수 비율간의 비례관계를 밝혀내었다. 또한 측면 비대칭을 이용해 기존 스핀-오빗 토크 자화 반전의 한계였던 외부 자기장의 존재를 제거할 수 있었다. 이러한 사실을 바탕으로 접합의 구성형태에 따라 스핀 궤도 결합 효과 조절이 가능함을 확인하였다.
