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극저온용 강자성 공명 측정 시스템 개발

한국자기학회지, Volume 31, Number 2, 30 Apr 2021, Pages 62-68
박정민 (한국기초과학지원연구원 연구장비 개발부), 조영훈 * (한국기초과학지원연구원 연구장비 개발부), 이아연 (한국기초과학지원연구원 연구장비 운영부)
Abstract
강자성 물질의 자화(magnetization)는 외부 자기장을 중심으로 세차운동을 하고, 외부에서 전자기파를 인가하면 물질이 외부 전
자기파를 흡수하는 강자성 공명 현상(ferromagnetic resonance, FMR)이 일어난다. 강자성 공명은 강자성 물질의 스핀 동역학을
분석할 수 있는 아주 유용한 기술이다. 또한 스핀 펌핑(spin pumping)에 의한 역 스핀 홀 효과(ISHE)는 강자성체의 인접한 전도
체에 스핀 전류를 주입할 수 있다. 본 논문에서 현재 대부분 외산 장비에 의존해서 사용하고 있는 극저온용 ISHE-FMR 측정 장
비의 국산화를 위해 장비 개발 과정을 간략하게 소개한다. 개발된 장비는 ISHE-FMR을 동시에 측정이 가능 하며 다양한 온도
범위(4~300 K)에서 사용할 수 있다. 끝으로, 장비 테스트를 위해 상전이 온도가 220 K인 분자기반 강자성 절연체 Cr-PBA와 Co
박막의 FMR 신호 및 ISHE 전압을 측정하고 각 시료의 감쇠상수 값을 참고 문헌의 결과와 비교한다.

The ferromagnetic resonance (FMR) including inverse spin hall effect (ISHE) by spin pumping is a useful method to analyze the
spin dynamics of ferromagnetic material and the spin-charge conversion of ferromagnet/normal metal heterostructure. For localization
of the ISHE-FMR system, we have developed a customizable ISHE-FMR system. The developed ISHE-FMR system can
simultaneously measure the ISHE voltage and FMR signal in the various range of temperature (4~300 K). From this ISHE-FMR
system, we measured the FMR derivative absorption signals and ISHE voltage of molecule-based ferromagnetic insulator (Cr-PBA,
Tc = 220 K) and Co thin film. And we show the design and manufacture process of ISHE-FMR system briefly, and discuss the Gilbert
damping constant of all the test samples compared with reference value.
Keywords: 장비개발; 강자성 공명; 역 스핀 홀 효과; 극저온; 감쇠상수 development of equipment; ferromagnetic resonance; inverse spin Hall effect; low temperature; damping constant
DOI: https://doi.org/10.4283/JKMS.2021.31.2.062