진동하는 자기터널저항의 선택규칙

초록

자성층(FM1)/터널장벽(I)/자성층(FM2) 구조로 이루어진 자기터널접합(MTJ)에 비자성 금속층(NM)을 I와 FM2 사이에 삽입하면, NM의 두께가 변함에 따라 터널링 자기저항(TMR)이 0을 중심으로 진동하면서 감소하는 것이 실험을 통하여 관측되었다. 본 연구에서는 FM1/I/NM/FM2 구조로 이루어진 MTJ의 TMR을 이론적으로 조사하였다. 유효질량 모델로 전자구조를 나타내고, Landauer-Buttiker 공식을 사용하여 전기전도도를 계산하였다. NM 두께에 따른 TMR의 진동 주기는 NM 물질의 페르미 면에 의해서 결정되는 것으로 알려져 있다. 즉 주어진 방향으로 페르면 면의 양쪽 끝을 연결하는 무수히 많은 spanning vector 중에서 극대 또는 극소에 해당하는 extremal spanning vector가 진동 주기를 줄 수 있다. 본 연구에서는 k-space에서 extremal spanning vector의 위치가 터널장벽의 터널링 확률이 최대가 되는 점에서 많이 벗어날 때에, NM 두께에 따른 TMR의 변화를 조사하였다. 이 경우 TMR은 급격히 감소하여 빠르게 0으로 수렴하였으며, 터널링 확률이 최대가 되는 점과 일치하는 extremal spanning vector만 진동 주기를 줄 수 있었다.