韓 연구진, 스핀트로닉스 핵심기술 ‘사이언스’ 발표

카이랄 구조 특성 응용
상온서 전자스핀 조절

카이랄 자성 나노 나선의 모식도. 사진 제공=과학기술정보통신부

[서울경제]

국내 연구진이 차세대 반도체 기술로 꼽히는 스핀트로닉스(스핀 전자공학) 핵심 기술을 개발해 세계 3대 학술지 ‘사이언스’에 발표했다.

과학기술정보통신부는 김영근 고려대 교수와 남기태 서울대 교수 공동 연구팀이 자성을 갖는 카이랄 나선 구조를 제작하고 상온을 포함한 넓은 온도 범위에서 스핀을 조절할 수 있음을 확인했다고 4일 밝혔다. 연구성과는 이날 게재됐다.

스핀은 전자가 갖는 고유한 자기(磁氣)적 성질로 두 가지 상태가 가능하다. 스핀트로닉스는 두 가지 스핀 상태로 정보를 저장하고 처리하는 연산 방식인 만큼 이 같은 스핀을 효율적으로 조절하는 기술이 관건이다. 특히 상용화를 위해서는 극저온이 아닌 상온에서의 스핀 조절 기술이 필요하다.

연구팀은 카이랄 자성 나노 나선 구조로 상온에서의 스핀 조절에 성공했다. 카이랄은 오른손과 왼손처럼 좌우가 대칭돼 서로 겹칠 수 없는 구조를 말한다. 연구팀은 카이랄 구조에서는 스핀트로닉스 소자가 특정 스핀만 잘 통과시키고 반대 방향은 막는 현상을 보인다는 사실을 실험적으로 최초로 입증했다. 자성 나노 나선이 본래 가지고 있는 자성 덕분에 이 구조를 통과한 스핀이 상온에서도 멀리 이동할 수 있다는 것도 확인했다.

김 교수는 “자성체는 그 자체로 전자의 스핀을 정렬하는 능력이 있어 카이랄 구조에 의한 스핀의 흐름 조절이 가능하다”며 “이번 연구로 그동안 이론과 실험으로 보고된 카이랄 스핀트로닉스 원리를 보다 더 이해하는 계기가 됐다”고 말했다. 남 교수는 “유기물과 달리 금속의 경우 나노 스케일에서 카이랄성을 제어하는 것은 중요한 과학적 난제”라며 “분자를 이용한 나선의 꼬인 방향성을 제어한 최초의 결과”라고 했다.

김윤수 기자 sookim@sedaily.com