본 연구에서는 제일원리계산방법을 이용하여 스핀전달토크(Spin-Transfer Torque: STT) MRAM을 구현하는 데 적합한 물질로 알려진 CoFe 합금 박막의 자성과 자기결정이방성에 대해 계산하였다. CsCl 구조의 CoFe 합금 박막의 자기결정이방성을 계산하기 위해 교환-상관 퍼텐셜은 일반화 물매근사(general gradient approximation: GGA)를 사용하였으며 k-점은 12 × 12 × 1, 절단 에너지는 400 eV을 사용하였다. CoFe 합금 박막의 층수는 5층으로 하였고 박막 표면이 Co 원자인 경우와 Fe 원자인 경우에 2.2 Å
에서 3.2 Å까지 범위에서 2차원 격자상수에 따른 박막의 총에너지를 계산하였다. 총에너지 계산 결과에 따르면 Co 표면의 CoFe 5층 박막의 총에너지는 2.45 Å와 2.76 Å의 두 2차원 격자상수에서 극소치를 가지는데 fcc 형 결정구조를 가지는 2.45 Å의 2차원 격자상수 박막이 bcc 형 결정구조를 가지는 2.76 Å 2차원 격자상수 박막보다 약 160 meV 차이로 더 안정함을 알 수 있었다. 반면 Fe 표면의 CoFe 5층 박막은 상당히 복잡한 총에너지 계산 결과를 보여 주는데 이는 Fe 표면의 CoFe 5층 박막은 복잡한 자성 구조를 가지기 때문일 것으로 판단된다. 2.45 Å의 Co 표면의 CoFe 5층 박막은 표면에 평행한 자기결정이방성을 가지는 반면, 2.76 Å일 때는 표면에 수직한 자기결정이방성을 가지는 것으로 계산되었다.

We investigate magnetism and magnetocrystalline anisotropy of CoFe thin films, using VASP code in GGA. In this study Coterminated and Fe-terminated 5-layer CoFe thin films are employed. The Co-terminated CoFe thin film shows two total energy minima at 2-dimensional lattice constants of 2.45 Å and 2.76 Å. The film of 2.45 Å has fcc-like structure and the film of 2.76 Å has bcc-like structure similarly to a bulk CoFe alloy. And the fcc-like film is more stable by the energy difference of about 160 meV compared to the bcc-like film. The Fe-terminated CoFe film shows very complicated behaviour of total energy which is suspected to be closely related to its complex magnetic structure. The Co-terminated CoFe film of 2.76 Å shows perpendicular magnetocrystalline anisotropy (MCA), while the film of 2.45 does parallel MCA. The Fe-terminated CoFe film also exhibits similar MCA behaviour.