Antiferromagnetic materials are a promising candidate for future memory device due to their robustness against external magnetic field, fast switching speed and large storage density. However, reading and writing the antiferromagnetic order is difficult due to zero net magnetization. Therefore, electrical reading and writing is of significant importance in realizing an antiferromagnetic memory device. In this thesis, I studied electrical manipulation of Néel vector in exchange-biased structures by utilizing antiferromagnets as a spin source and ferromagnets as a detection layer. Nonvolatile and reversible switching behavior of $N\acute{e}el$ vector is achieved in-plane, and the modulation range is $45^\circ$ quantified by the planar Hall effect. The mechanism of the electrical switching of the Néel vector is attributed to the spin orbit torque originating from the antiferromagnetic layer itself and the concurrent switching of the ferromagnet and antiferromagnet. In addition, since the switching behavior exhibits memristive characteristics, exchange-biased structures can not only contribute to the realization of the antiferromagnetic memory, but also to the neuromorphic application.
반강자성체를 이용한 자기메모리 소자의 구현은 강자성체를 기반으로 하는 MRAM이 가지고 있는 외부 자기장에 대한 안정성 문제에서 자유롭고 동작 속도가 빠르며 높은 집적도를 가질 수 있기 때문에 각광받고 있는 스핀트로닉스의 연구 분야 중 하나이다. 하지만 반강자성체는 자화를 지니지 않기 때문에 전기적으로 쉽게 소자의 상태를 읽고 수정할 수 있는 방법을 개발하는 것이 반강자성체 기반 자기메모리를 구현하는 데에 있어서 필수적인 요소이다. 본 논문은 반강자성체/강자성체 교환 결합 구조에서 닐 벡터의 전기적 제어에 관한 연구에 대하여 다루고 있다. 반강자성체를 스핀 전류를 생성하는 층으로 이용하고 강자성체가 가진 자화를 신호를 감지하는 층으로 이용함으로써 면내 $45^\circ$ 범위에서 비휘발성과 가역성을 지닌 닐 벡터의 스위칭 신호를 얻었고 이 제어 범위는 강자성체의 면내 홀 효과와 비교함으로서 측정이 되었다. 이에 대한 핵심 원리는 반강자성체에서 발생하는 스핀전류와 강자성체 및 반강자성체 층의 동시 스위칭에 기여한다. 또한 본 논문에서는 닐 벡터의 스위칭이 다중 상태를 가지기 때문에 반강자성체 기반 메모리 소자 구현뿐만 아니라 뉴로모픽 소자 구현에도 활용 가능성이 있다는 점을 보여주었다.
