초저전력·초고속·대용량 메모리 소자 개발에 ‘성큼’

표준연, 왼손방향 스핀파 세계 최초 규명
차세대 스핀트로닉스 소자 개발에 기여

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초저전력·초고속·대용량 메모리 소자 개발에 ‘성큼’
표준연 연구팀이 이론만으로 제시됐던 시계(왼손) 방향으로 회전하는 스핀파를 세계 처음으로 증명했다. 사진은 자성체의 왼손 방향으로 세차운동(왼쪽)과 오른손 방향의 세차운동(오른쪽) 모습.

표준연 제공

국내 연구진이 양자역학적 성질인 '스핀'을 이용해 초저전력, 초고속, 대용량 차세대 메모리 소자를 구현할 수 있는 가능성을 열었다.

한국표준과학연구원은 김창수 황찬용 박사 연구팀이 KAIST 교수 연구팀과 함께 시계(왼손) 방향으로 세차운동(회전체가 도는 운동이나 현상)을 하는 스핀파를 측정하는 데 성공했다고 30일 밝혔다.

스핀은 전자가 자기장에 대해 회전운동을 하는 물성을 뜻하는 것으로, 스핀과 일렉트로닉스의 합성어인 '스핀트로닉스'는 스핀을 이용해 차세대 메모리 소자 등을 개발하는 데 쓰인다.

스핀들의 집단적 움직임을 나타내는 '스핀파'는 작동 주파수가 매우 높은 영역에 분포하고, 전력 소비가 매우 적어 초고속·저전력 소자에 적용할 수 있다.

가령, 주변에서 흔히 볼 수 있는 자석을 잘게 쪼개면, 전자스핀 하나에 해당하는 작은 자석으로 나눌 수 있는데, 이 작은 자석은 자기장이 주어지면 반시계(오른손) 방향으로 세차운동을 하는 성질을 갖는다.

연구팀은 빛과 스핀 사이의 충돌을 이용하는 기법인 '브릴루앙 광산란법'을 이용해 전이금속 '코발트'와 희토류인 '가돌리늄'을 일정 비율로 혼합한 '고발트 가돌리늄 준강자성체'에 빛을 쪼아 스핀파와 충돌시킨 후, 되돌아 온 빛을 분석해 스핀파가 가진 에너지와 운동량을 알아냈다. 1960년대 코발트와 가돌리늄이 혼합된 준강자성체 물질에서 스핀이 전체적으로 수십 피코초(1피코초,1조분의 1초) 시계(왼손) 방향으로 회전하는 성질을 가질 수 있다는 이론을 실험으로 입증한 것이다.

황찬용 표준연 책임연구원은 "스핀의 시계 방향 운동을 최초로 규명함에 따라 차세대 스핀트로닉스 소자 개발에 기폭제가 될 것"이라고 말했다.

한편 이 연구결과는 재료과학 분야의 세계적 학술지 '네이처 머티리얼즈(30일자)' 온라인에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr

초저전력·초고속·대용량 메모리 소자 개발에 ‘성큼’
표준연 연구팀이 왼손 방향으로 세차운동을 하는 스핀파를 분석하고 있다. 표준연 제공



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