상이한 Zeeman 에너지에 의한 Néel에서 Bloch 자구벽 전환

Abstract

나선성 스핀 정렬은 현대 자기학 연구에서 중요한 현상으로, 근본적인 물리 이해와 함께 스핀트로닉스 응용의 가능성으로 많은 연구가 수행되어 왔다. 특히, 나선성 자구벽의 안정성은 자구벽 이방성, 드쟐로신스키–모리아 상호작용 (Dzyaloshinskii-Moriya interaction, DMI), 그리고 외부 자기장에 의한 Zeeman 에너지 간의 상호작용에 의해 결정된다. 자구벽 법선 방향으로 외부 자기장이 가해질 때의 물리 현상은 잘 알려져 있지만, 자구벽에 수평한 방향의 자기장이 미치는 영향은 상대적으로 잘 연구되지 않았다. 본 연구에서는 자기장의 방향에 따라 Néel에서 Bloch 자구벽 전환이 서로 상이한 Zeeman 에너지 지형으로 변화함을 이론적으로 규명하였다. 자구벽 법선 방향으로 자기장이 가해지는 경우, Néel 에서 Bloch 자구벽 전환는 주로 자구벽 이방성장에 의해 결정되지만, 자구벽 평면 방향으로 자기장이 가해지는 경우에는 자구벽 이방성과 DMI에 의해 유도되는 장보다 훨씬 큰 자기장이 필요함을 보였다. 이러한 비대칭성은 DMI와 Zeeman 상호작용의 경쟁적 역할에서 기인하며, 수직 방향 자기장에서는 두 항 모두 자구벽 에너지를 낮추는 반면, 수평 방향에서는 반대로 작용하여 DMI는 자구벽 에너지를 증가시킨다. 본 연구 결과는 자기장 방향에 따라 자구벽의 나선성이 안정화되는 새로운 물리 현상의 이해를 제시해, 자기 나노 구조 내 나선성 스핀 구조를 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 가능성을 제안한다.