DGIST-KIST 연구팀, 스커미온 기반 초고효율 차세대 통신소자 핵심기술 개발

소용돌이 모양으로 배열된 스핀들의 구조체 '스커미온'을 사용해 초저전력 차세대 통신 소자를 개발할 수 있는 실마리가 마련됐다. 국내 연구팀이 스커미온의 독특한 동역학 움직임인 '스커미온 호흡운동'의 원리를 실험으로 확인했다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 홍정일 DGIST-LBNL 신물질연구센터장 연구팀과 우성훈 한국과학기술연구원(KIST) 스핀융합연구단 선임연구원 연구팀이 스커미온 스핀 구조체를 사용, 기존에 제시된 바 없는 새로운 형태의 차세대 광대역 통신 소자에 적용 가능한 물리 현상을 규명했다고 29일 밝혔다.

스커미온이 보이는 독특한 자성 동역학 움직임은 메모리 소자를 넘어 차세대 고주파 발진기 소자를 구현하는데 중요한 단서가 된다. 그러나 스커미온은 크기가 매우 작고 빠른 운동 속도로 인해 스커미온 호흡 운동을 실제 관측했다는 연구 결과는 없었다.

DGIST-KIST 공동연구팀은 시공간 분해능이 있는 X선 촬영 기법을 이용, 외부 신호에 반응하는 스커미온의 미세 호흡운동을 1나노초(10억분의 1초) 단위로 관측하는데 성공했다. 이론으로만 제시돼 온 스커미온 호흡 운동을 세계 최초로 규명한 것이다.

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

또 이번 연구를 통해 외부 전류를 이용한 스커미온의 효율적인 생성기법도 개발해다. 이번 연구결과는 그동안 학계에서 주목해온 메모리 소자로의 적용을 넘어 전자기기 전 분야에 스커미온이 큰 역할을 할 수 있음을 제시한 것으로 평가받았다.

홍정일 DGIST-LBNL 신물질연구센터장은 “스커미온을 활용한 새로운 접근법은 소자의 작동 메커니즘 전반을 새롭게 제시할 수 있어 기존의 연구 흐름에 시사하는 바가 크다”고 의의를 부여했다.

우성훈 KIST 스마트융합연구단 선임연구원은 “앞으로 미래 고성능 전자 기기들의 효율 높은 통신을 위한 차세대 통신 소자 개발을 앞당기는데 기여할 것”이라고 기대했다.

최근 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스' 온라인판에 실린 이번 연구는 미래창조과학부 지원 KIST 기관고유 사업, 창의형 융합연구 사업 및 스핀궤도소재연구단 미래소재디스커버리 사업으로 수행됐다.

대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com