초고밀도 정보 저장 매체를 위한 새로운 마이크로구조

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-19

네덜란드, 스위스, 일본 연구진은 레이저 광을 사용해서 마이크로구조 속에 선택적인 자화 전환이 가능하다는 것을 증명했다. 이 연구결과는 초고밀도 정보 저장 매체를 위한 새로운 가능성을 열어준다. 정보 저장 속도 및 밀도에 대한 지속적인 증가 필요성 때문에, 매우 작은 자석의 자기적 상태를 조절할 수 있는 새로운 방법이 개발되었다. 이것은 컴퓨터 하드드라이브의 성능을 향상시키는데 매우 큰 기여를 할 것이다. 자기적 기록 속도와 공간 해상도를 향상시킬 목적으로, 이번 연구진은 펨토세컨드(femtosecond) 레이저 펄스를 사용함으로써 마이크로구조 속의 자화를 선택적으로 전환시킬 수 있었다. 이것은 예상치 못한 결과이었다. 자기적 마이크로구조의 크기가 1밀리미터의 5천분의 1로 여전히 매우 크기 때문에, 레이저 광은 구조를 균일하게 변환시키는 것이 아니라 배트맨(batman) 로고와 같은 패턴을 형성했다(그림 1 참조). 패턴은 광 파장보다 더 작은 형상을 가졌는데, 이것은 광-재료의 상호작용이 입사 및 반사광 파장의 계면에 매우 의존한다는 것을 증명한다. 따라서 전환 패턴은 구조 디자인으로 제어될 수 있다. 계산 모델을 사용해서, 이번 연구진은 이런 가설을 증명했고, 비-초점 레이저 펄스를 위한 나노크기 자기적 전환 가능성을 증명했다. 펨토세컨드 레이저 펄스로 구동되는 초고속 자화 반전은 정보를 저장하는데 매우 유망한 방법이다. 이번 연구진은 기록 밀도를 향상시키기 위해서 초고속 시간 해상도와 자기 기록을 위한 파장 이하의 공간 해상도를 결합시켰다. 전환 패턴을 제어할 수 있는 것은 단일 자기 구조 속에 몇 비트의 정보를 기록할 수 있기 때문에 초고밀도 데이터 저장을 위한 새로운 기회를 열어 준다. 이 연구를 이끌었던 라드바우드 대학(Radboud University)의 Theo Rasing 교수는 다음과 같이 말했다: “우리는 펨토세컨드 레이저 펄스가 자화를 반전시킬 수 있다는 것을 발견했고, 향후에 전환된 도메인의 크기를 최소화할 수 있는 방법을 조사하고 있다. 당신은 다음과 같은 두 개의 방법을 사용할 수 있다: 구조를 더 작게 만들거나 빛을 더 작은 초점에 집중하는 것. 재료의 구조를 통해서, 우리는 훨씬 더 큰 구조에서도 파장 이하의 전환을 달성할 수 있다는 것을 발견했다. 레이저 펄스를 조절함으로써, 이것은 제어된 방식으로 수행될 수 있다. 100nm 이하의 해상도로 자기적 변화들을 검출할 수 있는 능력은 전체 프로젝트에서 중요하다. 이 프로젝트는 유럽의 주요 싱크로트론 설비들을 이용함으로써 성공에 이르게 되었다.” 시간 해상도 광-방출 전자 현미경 연구는 나노크기 자기 전환들이 100펨토세컨드 이하의 영역에서 발생할 수 있다는 것을 보여주었다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Nanoscale sub-100 picosecond all-optical magnetization switching in ​GdFeCo microstructures”라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/ncomms6839). 그림 1. 5 X 5 마이크로미터 위의 흑색 및 백색 자기 구조. 이것은 배트맨 로고를 생각나게 한다. 흑색 영역은 자화가 아래쪽 방향으로 발생한 부분을 나타내고 백색 영역은 자화가 위쪽 방향으로 발생한 부분을 나타낸다. 그림 2. 실험과 이론에 대한 비교: 왼쪽은 자기적 구조를 실제로 찍은 이미지이고 오른쪽은 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다. noname017.bmp 2.bmp http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=38651.php