KIST-DGIST 연구팀, 스커미온 기반 차세대 통신소자 기술 개발

국내 연구진이 스핀 구조체 '스커미온'을 차세대 초저전력·초고주파 통신 소자에 활용하는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST·원장 이병권)은 우성훈 스핀융합연구단 박사팀이 홍정일 대구경북과학기술원(DGIST) 센터장과 공동으로 차세대 광대역 통신 소자에 적용 가능한 스커미온 물리 현상을 규명했다고 29일 밝혔다.

스커미온은 2009년 발견된, 소용돌이 모양으로 스핀이 배열된 구조체다. 특유의 위상학적 안정성과 작은 크기, 효율적인 움직임 덕분에 초고밀도, 고속 차세대 메모리 기본 단위로 주목받았다.

외부 전류 자극에 의해 시간에 따라 변하는 스커미온 호흡운동 모식도
외부 전류 자극에 의해 시간에 따라 변하는 스커미온 호흡운동 모식도

최근에는 특유의 '스커미온 호흡운동'을 사용해 차세대 고주파 발진기 소자를 구현할 수 있다는 이론이 제기됐다. 호흡운동은 스커미온이 외부 신호에 반응해 크기가 커졌다 작아졌다를 반복하며 고주파 신호를 발생시키는 현상이다.

KIST-DGIST 공동 연구팀은 이론으로만 제시됐던 스커미온 호흡운동을 세계 최초로 구현했다. 기존에는 스커미온의 작은 크기, 빠른 운동 속도 때문에 호흡운동을 실제 관측하지 못했다. 연구팀은 외부 신호에 따른 미세 호흡운동을 1나노초(10억분의 1초) 단위로 관측했다.

외부 전류를 이용해 스커미온을 효율적으로 생성하는 기술도 개발했다. 스커미온이 메모리 소자뿐만 아니라 미래 전자기기 전 분야에 활용될 가능성을 제시한 것으로 평가된다.

우성훈 KIST 박사
우성훈 KIST 박사
홍정일 DGIST 센터장
홍정일 DGIST 센터장

우성훈 KIST 박사는 “이론으로만 제시됐던 스커미온 기반 고효율 차세대 통신소자가 실현 가능하다는 연구 결과”라면서 “미래 고성능 전자기기의 효율적 통신을 위한 차세대 소자 개발을 앞당길 것”이라고 말했다.

홍정일 DGIST 센터장은 “연구가 제시하는 새 접근법은 전반적인 소자의 작동 메커니즘을 새롭게 제시할 수 있다”고 덧붙였다.

연구는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다. 미래창조과학부 지원을 받아 KIST 기관고유사업, 창의형융합연구사업 및 미래소재디스커버리사업으로 수행됐다.

송준영기자 songjy@etnews.com