국내 연구진, 새로운 전기 스핀 전류 상온서 첫 발견 > IT/과학기사 | it/science

국내 연구진이 새로운 전기라 할 ‘스핀 펌핑’ 현상을 극저온이 아닌 상온에서 세계 최초로 발견했다. 차세대 전자 소자 개발에 기여할 것으로 전망된다.

과학기술정보통신부는 한국과학기술원KAIST의 이경진·김갑진 교수와 서강대 정명화 교수 공동연구팀의 이러한 연구 성과가 국제학술지 ‘네이처’에 30일한국시각 게재됐다고 밝혔다.

전자는 전기적인 성질인 ‘전하’와 자기적인 성질인 ‘스핀’을 동시에 가지고 있다. 스핀은 전자가 회전하면서 갖게 되는 운동량인 ‘전자 각운동량’을 이르는데, 전류는 이런 스핀의 이동으로 발생하는 ‘스핀 전류’와 전하가 이동하면서 발생하는 ‘전하 전류’로 나뉜다. 전자 기기 대부분은 전하 전류로 작동하지만, 전자가 원자와 충돌하는 과정에서 열이 발생해 에너지 소모량이 늘고 효율이 떨어진다. 이런 문제를 해결하려 전하 전류가 아닌 스핀 전류를 이용해 전자 소자를 만드는 것을 ‘스핀트로닉스’spintronics라고 한다.

스핀트로닉스 기술 구현의 핵심은 스핀 전류를 생성하는 것으로, 그 방법의 하나가 ‘스핀 펌핑’이다. 스핀 펌핑은 세차운동팽이를 회전시키면 회전축이 기울어지면서 빙빙 도는 운동으로 자성체자석에 반응하는 물질에서 비자성체로 전류가 이동하는 현상을 말한다. 고전역학으로 생성되는 스핀 전류는 크기가 작아 실제 전자 소자에 활용하긴 어려웠다.

정명화 교수팀은 철Fe-로듐Rh 자성 박막을 제작하는 데 성공했고, 김갑진 교수 연구팀과 함께 자성박막의 특성을 활용해 큰 스핀 전류를 관측했다. 이경진 교수 연구팀은 이를 양자역학적 이론으로 해석하고 추가 실험을 통해 증명했다.

과기부는 “대부분의 양자역학적 현상은 극저온에서만 관측되는 것과 달리, 이번 연구는 상온에서 양자역학적 스핀 펌핑 현상을 관측했다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “기존 고전역학적 방식에 견줘 10배 이상의 스핀 전류를 생성하는 방법을 제시한 것이어서 차세대 전자 소자 개발에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

김규남 기자 3strings@hani.co.kr

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