[대구=뉴시스] 박준 기자 = 경북대학교 물리학과 조연정 교수팀은 기존 실리콘 반도체의 물리적 한계인 전력 소모와 발열 문제를 극복할 수 있는 차세대 양자 자성 물질의 핵심 제어 원리를 규명했다고 9일 밝혔다.
조 교수팀은 서울대 박제근 교수팀과 공동연구를 통해 코발트가 삽입된 전이금속 화합물인 코발트탄탈황화물(CTS)에서 물질 고유의 카이랄(Chiral) 스핀 구조가 만드는 미세한 자성(자기 모멘트)이 전자 네마틱 상(Electronic Nematicity·전하 분포의 방향성)을 유도·제어하는 핵심 역할을 한다는 사실을 밝혔다.
이번 연구는 외부 자기장을 조작하는 것만으로 전자 네마틱 상을 원하는 방향으로 제어하고 그 상태를 전원이 꺼져도 유지할 수 있는 비휘발성 특성을 실험과 이론으로 동시에 입증했다.
연구팀은 극저온 전기저항과 자성 토크 측정 실험을 통해 CTS 내부의 미세한 자성이 전자 네마틱 상의 방향을 결정하고 제어하는 핵심 연결고리라는 사실을 규명했다.
겉으로는 자성이 없는 반강자성 상태처럼 보이지만 내부 스핀 구조가 거울상 대칭이 깨진 카이랄 구조를 가질 때만 아주 미세한 자성이 발현돼 전하 정렬 방향을 결정하는 핵심 연결고리가 됨을 포착했다.
연구팀이 외부 자기장으로 이 미세 자성의 방향을 바꾸자 전자 네마틱 상의 분포 역시 원하는 대로 제어됐다.
이처럼 한 번 제어된 상태는 전원이 꺼져도 유지되는 비휘발성 특성을 보여 데이터를 안정적으로 저장할 수 있음을 확인했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지인 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 6월2일자 논문으로 게재됐다.
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