표준연, '왼손 방향 스핀파' 세계 첫 증명

글자 작게 글자 크게 인쇄하기

우리 연구진이 1960년대 이론으로만 소개됐던 '왼손 방향 회전 스핀파'를 세계 최초로 증명했다. 이를 활용하면 스핀파 기반 차세대 소자개발에 새로운 지평을 마련할 수 있다.

한국표준과학연구원(원장 박현민)은 양자기술연구소 양자스핀팀이 이수길 박사, 김갑진·김세권 한국과학기술원(KAIST) 연구진과 함께 '왼손 방향 회전 스핀파'를 세계 최초로 증명했다고 30일 밝혔다.

스핀은 전자가 자기장에 대응, 회전하는 것을 뜻한다. 스핀이 집단으로 움직이면 '스핀파'라는 파형을 만들어낸다. 이 스핀파를 0과 1과 같은 정보 처리에 활용하면 향후 차세대 소자도 개발할 수 있다. 기존 소자는 높은 소비전력과 발열 문제가 있는 반면에 스핀파는 작동 주파수가 매우 높고, 전력 소비가 적다. 초고속 저전력 소자에 적용 가능하다.

문제는 스핀 관련 연구가 아직 부족하다는 점이다. '왼손 방향 회전 스핀파'도 60년동안 베일에 가려 있었다.

자성체의 왼쪽과 오른쪽 운동 모습을 표현한 모식도
<자성체의 왼쪽과 오른쪽 운동 모습을 표현한 모식도>

왼손 방향 회전 스핀파는 왼쪽으로 도는 스핀파다. 오른손 방향 회전 스핀파만 확인할 수 있었다.

연구진은 전이금속 코발트(Co)와 희토류 가돌리늄(Gd) 혼합 준강자성체로 왼손 방향 회전 스핀파를 측정했다. 자하 정도가 다른 두 물질로 왼손 방향 회전 성질을 구현할 수 있었다.

관측에는 빛과 스핀파 충돌을 이용하는 '브릴루앙 광산란법'을 사용했다. 수십 피코초(1000억분의 1초) 영역에서 왼손 방향 운동을 처음으로 관찰했다.

성과를 낸 표준연 양자기술연구소 소속 황찬용 책임연구원(사진 위), 김창수 선임연구원(아래)
<성과를 낸 표준연 양자기술연구소 소속 황찬용 책임연구원(사진 위), 김창수 선임연구원(아래)>

연구진은 왼손 방향 회전 스핀파 활용 성능은 현존하는 소자 수준을 유지하면서 소비전력과 발열 문제를 해소한 새로운 소자를 구현할 수 있다고 설명했다. 왼손과 오른손 방향 회전 스핀파는 서로 위상이 다르다. 둘을 상호작용 시키면 전에 불가능했던 다양한 기능을 소자에 담을 수 있다.

황찬용 박사는 “스핀파 왼손 방향 운동을 최초로 규명했다”며 “차세대 스핀트로닉스 소자개발에 새로운 지평선이 열릴 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com