Ferroelectrically tunable magnetic skyrmions in ultrathin oxide heterostructures

스커미온은 차세대 자성 소자에 활용될 것으로 기대되는 자성체 내 회오리 모양의 구조체로 최근 연구주제로 주목받고 있다. 다만 응용을 위해서는 크기가 작고 제어가 손쉬운 스커미온이 나타나는 물질을 찾는 것이 과제다. 본 연구에서는 강유전체(BaTiO3)/자성체(SrRuO3) 이종접합 박막에서 작은 ‘스커미온 (skyrmion)’이 나타나는 것을 확인하고 이 스커미온을 강유전체를 통해 제어할 수 있음을 밝혀내었다. 이 이종접합에는 접합 계면에서부터 시작되어 SrRuO3 내부로 갈수록 감소하는 쟐로신스키-모리야(Dzyaloshinskii-Moriya) 상호작용이 존재하며, 이를 통해 100나노 이하 크기의 스커미온의 발현됨을 위상 홀 효과, 주사전자현미경과 자기력현미경 등을 이용하여 확인하였다. 더 나아가, 강유전체 BaTiO3의 분극 방향을 바꾸는 것으로 스커미온의 실시간, 비휘발성 제어가 가능함을 보였다. 이 연구 결과는 차세대 스커미온 메모리 소자의 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다.

https://www.nature.com/articles/s41563-018-0204-4
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0222-2