▲ (왼쪽부터) 이근희 카이스트 교수, 김경진 카이스트 교수, 김경환 연세대 교수 공동연구팀이 전자의 '오비탈 교환상호작용' 원리를 규명했다. ⓒ 카이스트
스마트폰과 노트북의 발열을 줄이고 더 빠르며 전력 소모가 적은 차세대 메모리 기술 구현 가능성이 한층 가까워졌다. 국내 연구진이 반도체 속 전자의 궤도 운동인 '오비탈(orbital)'을 이용해 자성을 제어할 수 있는 새로운 이론을 제시했다.
카이스트는 물리학과 이경진 교수와 연세대 김경환 교수 공동연구팀이 전자의 '오비탈 교환상호작용(orbital exchange interaction)'을 통해 자성을 조절할 수 있는 이론 체계를 정립했다고 16일 밝혔다.
그동안 차세대 메모리 연구는 전자의 '스핀(spin)'에 주로 주목해 왔다. 스핀은 전자가 작은 팽이처럼 스스로 회전하며 나타나는 성질로, 회전 방향을 이용해 정보를 저장하는 방식이다.
하지만 전자는 동시에 원자핵 주위를 도는 궤도 운동도 한다. 연구팀은 전류가 흐를 때 발생하는 전자의 오비탈 에너지가 자성체의 오비탈과 직접 상호작용하며 정보를 전달할 수 있다는 원리를 이론적으로 규명했다.
연구 결과 오비탈을 이용한 자성 제어는 기존 스핀 기반 방식보다 더 강력한 효과를 낼 가능성이 있는 것으로 나타났다. 전류가 자석의 방향만 바꾸는 것이 아니라 자석이 특정 방향을 선호하는 성질이나 회전 특성 등 고유 물성 자체를 조절할 수 있다는 점도 확인됐다.
연구팀은 이론 제시에 그치지 않고 실제 실험에서 이러한 효과를 측정할 수 있는 방법도 함께 제시했다.
이근희 박사는 본지와의 인터뷰(또는 발표)에서 "이번 연구는 전류로 자성을 제어할 때 반드시 '스핀'에만 의존할 필요가 없다는 사실을 보여준 사례"라고 강조했다.
이번 이론은 최근 학계에서 주목받는 교자성(Altermagnet) 물질에도 적용될 수 있을 것으로 연구진은 보고 있다. 교자성은 전자의 스핀이 서로 다른 방향으로 규칙적으로 배열된 새로운 형태의 자성 물질로, 겉으로는 자석처럼 보이지 않지만 전자의 움직임에는 큰 영향을 주는 특성이 있다.
이 박사는 "오비탈을 활용해 자성을 이해하고 제어하는 새로운 관점은 전자의 상태를 정밀하게 제어하는 데 유리해 차세대 초고속·저전력 메모리 개발에 중요한 이정표가 될 수 있다"고 말했다.
이번 연구에는 카이스트 이근희 박사가 제1저자로 참여했으며 연세대 김경환 교수와 카이스트 이경진 교수가 공동 교신저자를 맡았다. 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 2월 2일 게재됐다.
키워드
#세이프타임즈
#카이스트
#연세대
#오비탈
#반도체메모리
추설하 기자
다른기사 보기
저작권자 © 누구나 안심하고 살 수 있는 세상을 만드는 언론 세이프타임즈
관련기사
카이스트, 시각장애인 점자 번역 엔진 'K-Braille' 개발
카이스트, '레일리–테일러 불안정성' 제어 기술 개발
무거운 헬멧 끝 … 카이스트 '모자형 탈모 치료기' 개발
좋아요
0
훈훈해요
0
슬퍼요
0
화나요
0
후속기사 원해요
0
댓글
0