표준연, 2차원 상온서 스커미온 생성·제어 성공

초저전력·초고성능 차세대 소자 개발 가능

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 세계 처음으로 2차원 상온에서 스커미온을 생성하고 제어하는 데 성공했다.

현실에서 스커미온을 자유자재로 만들고 조작할 수 있다면 초저전력·초고성능의 차세대 소자를 개발할 수 있다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 2차원 상온에서 스커미온 생성·제어 성공했다고 11일 밝혔다.

스커미온은 소용돌이 모양으로 배열된 스핀 구조체로, 이론상 수 나노미터(nm.1nm = 10억분의 1m)까지 줄일 수 있고 매우 적은 전력으로도 이동할 수 있다.

기존 스커미온 응용 연구는 3차원 자석에서만 진행됐으나 2017년 2차원 자석이 최초 보고된 이후 2차원 환경에서도 관련 연구가 폭넓게 이뤄졌다. 이는 3차원에 비해 2차원 환경이 갖는 장점 때문이다.

3차원 자석의 표면은 사포처럼 거칠어 스커미온을 동작할 때 마찰(열)과 잡음이 발생하지만 표면이 얼음같이 매끄러운 2차원 자석에서는 더 적은 전력을 소모해 안정적으로 동작할 수 있다.

KRISS는 상온의 2차원 자석에서 스커미온을 생성하고 제어하는 데 성공했다.

자석 표면에 매우 미세한 전압과 자기장을 공급해 스커미온을 구현한 후 생성된 스커미온에 전류를 가해 원하는 방향으로 제어한 것이다.

실험 결과 기존 3차원에 비해 스커미온 제어에 소비되는 전력이 약 1000분의 1 정도로 확인했다.

크기도 10배 이상 작아져 안정성·속도 측면에서 대폭 유리한 것으로 나타났다.

2차원 스커미온의 상온 발현 기술은 비슷한 시기에 미국과 중국에서도 보고됐으나 발현과 더불어 전기적 제어까지 성공한 사례는 이번이 처음이다.

KRISS 양자자기센싱그룹 양승모 선임연구원은 “최근 인공지능(AI)의 발전과 함께 전력 수요가 폭증하면서 초저전력 반도체 소자의 필요성이 커지는 추세”라며 “이번 개발한 스커미온 제어 기술을 응용하면 차세대 AI 반도체 소자도 설계할 수 있을 것”이라고 말했다.

과학기술정보통신부 나노및소재기술개발사업의 지원을 받은 이번 연구는 KRISS 양자기술연구소 양자자기센싱그룹과 KAIST 김갑진 교수 연구팀, 성균관대학교 이창구 교수 연구팀, 미국 로렌스 버클리 국립 연구소(LBNL) 임미영 박사가 공동으로 참여했다.

이번 연구 성과는 세계적 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'에 지난달 게재됐다.

memory4444444@news1.kr

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