자석 진동으로 신호 처리, 주파수 빠르게 제어
차세대 반도체·양자 통신 등 활용 기대
김갑진 KAIST 물리학과 교수 연구팀이 자성 물질 내 '스핀파'의 새로운 모드 전환 현상을 규명했다. [사진=KAIST]
국내 연구팀이 자석의 미세 진동을 활용해 신호 주파수를 순간적으로 바꾸는 원리를 규명하며, 스마트폰 발열과 전력 소모를 동시에 줄일 수 있는 기술을 개발했다.
KAIST(총장 이광형)는 김갑진 물리학과 교수 연구팀이 자성 물질 내부의 '스핀파(Spin wave)'를 이용해 나노 수준에서 신호 주파수를 수 GHz 범위로 급격히 전환하는 데 성공했다고 19일 밝혔다.
이번 연구의 핵심은 자석 내부 진동이 특정 조건에서 서로 다른 상태로 바뀌는 '모드 전환(mode hopping)' 현상을 세계 최초로 확인한 데 있다. 기존 전자 기반 방식과 달리, 복잡한 회로 없이도 외부 전력과 자기장 조절만으로 주파수를 빠르게 제어할 수 있는 것이 특징이다.
연구팀은 머리카락보다 얇은 자성층을 여러 겹 쌓은 인공 반강자성체(SAF) 구조에서 스핀파를 생성한 뒤, 전력 세기를 높이자 주파수가 연속적으로 변하지 않고 '점프'하듯 변화하는 현상을 관측했다. 이 과정은 마그논 간 상호작용, 이른바 '삼중 마그논 상호작용'에 의해 발생하는 것으로 분석됐다.
특히 주파수는 최대 5GHz 이상 급격히 변하며, 이는 기존 마그논 시스템 대비 큰 변화폭이다. 해당 기술은 단순한 신호 세기 조절만으로 동작해 소형화와 에너지 효율 측면에서도 장점이 있다.
연구진은 이 현상이 '켜짐(1)'과 '꺼짐(0)'을 구분하는 스위치처럼 활용될 수 있어 차세대 반도체, 뉴로모픽 컴퓨팅, 양자통신 등 다양한 분야에 응용 가능성이 있다고 설명했다.
김갑진 교수는 "이론에 머물던 마그논 비선형 동역학을 실제 나노 소자에서 구현하고 제어할 수 있음을 입증했다"며 "스핀파 기반 정보처리 기술 발전의 기반이 될 것"이라고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 3월 게재됐다.
[참고자료]
논문명: Mode hopping via nonlinear magnon-magnon coupling in a synthetic antiferromagnet.
댓글
0