전남대학교는 김태훈 신소재공학부 교수가 미국 에임스 국립연구소, 아이오와 주립대와의 국제 공동연구를 통해 외부 자기장 없이 응력만으로 나선형 자기 구조를 제어하는 새로운 물리 메커니즘을 규명했다고 8일 밝혔다.
이번 연구는 로렌츠 투과전자현미경(LTEM)을 이용해 자기 위상 결함이 응력 하에서 어떻게 나선 자기구조의 방향을 바꾸는지를 실시간으로 관찰한 최초의 사례다. 기존에는 이론적으로만 제안되었던 현상을 실험적으로 정량 입증했다.
특히 나선 자기 위상의 방향 벡터(Q-vector)가 응력 방향과 이루는 각도에 따라 임계 응력이 달라지고, 위상 결함의 '절단-재결합' 또는 '전위 활주-소멸'과 금속의 소성변형과 유사하면서도 특이한 자기 구조 전환 기전이 발생함을 밝혀냈다.
이러한 현상은 응력 유도 '잘로신스키-모리타니(Dzyaloshinskii-Moriya) 상호작용(DMI)의 이방성에 의해 주도된다는 사실을 시뮬레이션 및 해석 모델을 통해 정량적으로 증명했다.
이번 연구는 자성 재료를 외부 자기장 없이 제어할 수 있는 차세대 '스트레인트로닉스' 기반 기술의 원리 규명이라는 점에서 학문적·기술적 의미가 크다. 향후 초저전력 스핀트로닉스 소자, 고밀도 비휘발성 메모리, 뉴로모픽 연산 소자 등의 구현에 중요한 기반이 될 것으로 기대한다.
광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
