새로운 자성 발견 임박…컴퓨터 메모리 혁신 가져올까

강자성과 반강자성 동시 지닌 '알터마그넷' 검증 주목

자성을 가진 자석. 자성은 쇳조각을 끌어당기거나 전류에 작용을 미치는 성질이다. 게티이미지뱅크

과학자들이 새로운 종류의 자성을 발견하는 데 임박했다. 지금까지 없었던 자성임을 입증하기 위한 실험적인 증거를 마련하는 과정만 남았다. 이번에 발견된 새로운 종류의 자성은 강자성과 반강자성을 한 번에 지닌 것으로 나타났다. 이러한 성질을 컴퓨터 메모리 등에 활용하면 기존보다 더 효율적인 정보 저장과 처리가 가능할 것으로 기대된다.

6일(현지시간) 국제학술지 ‘사이언스’에 따르면 과학자들은 강자성과 반강자성을 동시에 지닌 완전히 새로운 종류의 자성의 징후를 발견했다. 새로운 자성의 존재가 완전히 입증되기 위해선 200개 이상의 물질에서 새로운 자성이 나타나는 것을 확인해야 한다. 많은 학자들이 이미 검증 실험에 돌입했다.

폴 맥클래티 프랑스 레옹브릴루앙연구소 연구원은 “근본적으로 새로운 유형의 자성을 보여주는 물질 몇 가지를 발견했다”며 “자성이 작용하는 방식에 대한 우리의 이해를 넓히고 있다”고 말했다.

고체 물질 속 원자는 자전하는 것과 같은 내부 입자의 운동량인 '스핀'을 가진다. 원자의 스핀은 모두 다른 형태를 취한다.

강자성체에선 물질 내부의 모든 스핀이 정렬돼 일자로 된 자기장이 발생한다. 강자성체는 자기장을 가하면 쉽게 회전을 뒤집을 수 있어 컴퓨터 메모리로 사용할 수 있는 독특한 상태로 변화가 가능하다. 강자성은 고온 초전도체에 발생하는 특징으로도 잘 알려졌다. 반강자성체는 스핀이 무질서한 형태로 배열됐다. 특정한 온도에서 물질에 자기 분극이 생기는 자화율이 극대화된다는 특징이 있다. 

강자성과 반강자성을 동시에 보인 물질 중 하나는 이산화루테늄이다. 몇 년 전 독일 요하네스쿠텐베르크마인츠대 연구팀이 이같은 성질을 처음 발견했다. 2020년 중국의 연구팀은 이러한 특성을 실험을 통해 재차 확인했다.

지난달에는 국내 연구진이 망간 텔루라이드에서 이산화루테늄에서 관찰된 것과 비슷한 자성을 확인했다. 연구팀은 현재 실험적 증거를 확보하기 위한 후속 연구를 진행 중이다. 

과학자들은 강자성체와의 반강자성체의 장점만을 결합하면 다양한 과학적 활용이 가능하다고 설명한다. 반강자성체의 안정성과 강자성체의 기억 능력을 동시에 취할 수 있다는 설명이다. 

이번에 확인된 이같은 양가적인 특성을 ‘알터마그넷(교자성)’이라고 한다. 망간 텔루라이드에서 알터마그네틱의 가능성을 확인한 이수영 서울대 박사과정생은 “자기 분야에서 완전히 새로운 출발점이 될 수 있다고 생각한다”고 사이언스에 전했다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]