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반강자성체는 강자성체의 한계를 극복할 수 있는 여러 장점으로 인해 스핀트로닉스 분야에서 큰 주목을 받고 있다. 대표적으로 강한 반강자성 교환 상호작용에 기인한 초고속 스핀 동역학, 작은 순 자기모멘트로 인한 외부 교란에 대한 높은 안정성, 그리고 누설 자기장이 없어 고집적 소자 구현이 가능하다는 점이 있다. 반강자성체 중에서도 육방정계 D019 구조를 갖는 Mn3X (X = Ga, Ge, Sn) 화합물은 비공선 반강자성체로 주목받고 있으며, 특히 Mn3Sn은 Kagome 격자에서 120°로 배열된 스핀 구조에 의해 거의 0에 가까운 순자화를 가짐에도 불구하고 Berry curvature에 기인한 큰 이상 홀 효과(anomalous Hall effect, AHE)를 나타낸다. 또한 MBE 및 스퍼터링으로 성장된 Mn₃Sn 박막에서 전류 유도 full switching이 보고된 바 있다.
그러나 기존의 spin–orbit torque(SOT) 기반 스위칭은 결정론적인 스위칭을 위해 외부 자기장이 요구되며, 이는 실제 소자 응용에 있어 중요한 제약 요소로 작용한다. 이러한 한계를 극복하기 위해 층간 교환 결합, 스핀 스와핑 효과, 계면 및 측면 대칭성 붕괴 등을 이용한 field-free SOT switching 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 연구에서는 W/Mn3Sn 및 W/WMn2Sn/Mn3Sn 이종구조의 SOT switching 특성을 조사하였다. Mn3Sn 박막은 MgO(110) 기판 위에 초고진공 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 성장하였으며, 결정 구조는 X선 회절을 통해 분석하였다. AHE 및 SOT switching 측정을 통해 WMn2Sn 삽입이 switching 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 특히 W/WMn2Sn/Mn3Sn 구조에서는 외부 자기장 없이도 결정론적인 SOT switching이 관찰되었다. 이러한 결과는 WMn2Sn 형성에 따른 계면 특성 변화가 Mn3Sn의 스핀 토크 생성 메커니즘에 중요한 역할을 함을 시사한다. 본 연구에서는 WMn2Sn 삽입에 따른 switching 특성의 변화를 분석하고, field-free SOT switching의 가능성에 대해 논의하고자 한다.
