Vortex/anti-Vortex assisted spin dynamics

자기 소용돌이(magnetic vortex)는 수십 나노미터 두께의 자성 박막에서 스핀의 방향 배열 상태가 마치 태풍이나

토네이도와 같은 소용돌이의 형상을 갖고 있어 붙여진 이름이다.

자기 소용돌이의 크기는 수 마이크로에서 나노미터이며 중심은 약 10나노미터 정도의 크기를 가지고 있는데 최근에는 자기 소용돌이의 구조가 실험적으로 관측이 되고 있다. 이러한 자기 소용돌이는 학문적 관심뿐만 아니라 초고밀도 메모리 소자와 스핀트로닉스 소자의 응용 가능성 때문에 최근에 주목을 받기 시작했다.

지금까지의 연구는 마이크로미터 크기의 패턴된 자성 박막에서 형성되는 자기 소용돌이의 정적인 구조에 대해 많은 연구가 이루어져 왔으며, 반 소용돌이(antivortex)와 소용돌이 구조간의 동적인 상호작용에 대해서는 연구가 미흡했다. 이에 본 연구는 소용돌이-반 소용돌이 간의 상호작용이 자기박막의 자화반전에 동역학적으로 매우 중요한 역할을 하고 있음을 미소자기학 전산모사를 통하여 입증하고자 한다. 에너지적으로 안정한 상태에 있던 스핀의 배열은

외부 자기장이 인가되면 더 이상 안정한 상태가 아니며 또 다른 안정한 상태로 재배열하게 된다.

전산모사결과, 연속박막에서 자화반전이 수 십 피코초 (1 ps=10-12 s) 시간 간격에서 일어나는 소용돌이-반 소용돌이 쌍(vortex-antivortex pair)의 생성, 진행, 소멸하는 과정을 통하여 일어나고 있음을 확인하였다.