국내 연구진, 세계 최초 상온에서 양자역학 현상 발견…‘네이처’ 게재

국내 연구진이 세계 최초로 상온에서 양자역학적 '스핀 펌핑(spin pumping)' 현상을 발견했습니다.

과학기술정보통신부는 KAIST 이경진·김갑진 교수와 서강대학교 정명화 교수 공동연구팀이 '스핀 펌핑' 현상을 발견했고, 현지 시각 어제(29일) 국제 학술지 '네이처'에 연구 성과가 게재됐다고 오늘(30일)밝혔습니다.

물질 내에서 전자가 이동하는 현상인 전류는 전기적 성질인 전하가 이동해 발생하는 '전하 전류'와 자기적 성질인 스핀(spin)의 이동으로 발생하는 '스핀 전류'로 나뉩니다.

우리가 사용하는 전자기기 대부분은 이중 '전하 전류'로 작동하는데, 전류가 흐를 때 전자가 물질 내부의 원자와 충돌하기 때문에 열이 발생하고, 결국 에너지 소모량 증가와 효율 저하로 이어지게 됩니다.

이러한 한계를 극복하기 위해 전 세계에선 전하 전류가 아닌 '스핀 전류'를 이용해 전자 소자를 만들려는 시도가 잇따르고 있는데, 이를 '스핀트로닉스(spintronics)' 라고 합니다.

이 스핀트로닉스 기술의 핵심인 '스핀 전류' 생성 방안 중 하나로 제시되고 있는 것이 바로 '스핀 펌핑'입니다.

과기정통부는 공동연구팀이 기존의 고전역학적인 스핀 펌핑 메커니즘을 넘어, 양자역학적인 스핀 펌핑 현상을 예측하고 이를 세계 최초로 입증하는 데 성공했다고 설명했습니다.

우선 정명화 교수 연구팀은 고품질의 철(Fe)-로듐(Rh) 자성박막을 제작하는 데 성공했고, 김갑진 교수 연구팀과 함께 자성박막의 독특한 특성을 활용하여 큰 스핀 전류를 관측했습니다. 이경진 교수 연구팀은 이를 이론적으로 분석해 실험 결과가 양자역학적인 스핀 펌핑 현상임을 확인했습니다.

과기정통부는 대부분의 양자역학적 현상은 극저온에서만 관측되는 것과 달리, 이번 연구는 상온에서 양자역학적 스핀 펌핑 현상을 관측했다는 점에서 큰 의미가 있다고 설명했습니다.

또, 기존 고전역학적 방식에 비해 10배 이상의 스핀 전류를 생성하는 방법을 제시해, 차세대 전자 소자 개발에 기여할 것으로 기대한다고 밝혔습니다.

[사진 출처 : 연합뉴스 / 한국과학기술원 제공]