KAIST 이경진·김갑진 교수와 서강대 정명화 교수 공동 연구팀이 세계 최초로 상온에서 양자역학적 스핀 펌핑 현상을 발견했다고 과학기술정보통신부(장관 유상임)가 밝혔다.  

과학기술정보통신부

이번 연구는 과기정통부 기초연구사업(중견연구, 기초연구실) 등의 지원으로 수행되었으며, 연구 성과는 국제학술지 「네이처(Nature)」에 1월 30일(현지시간 1월 29일) 게재되었다.    

전자는 전하와 스핀을 동시에 가지고 있으며, 물질 내에서 전자의 이동으로 발생하는 전류는 전하 전류와 스핀 전류로 나뉜다.  

대부분의 전자기기는 전하 전류로 작동하지만, 전류가 흐를 때 전자와 원자의 충돌로 인해 열이 발생하고 에너지 소모량이 증가한다는 문제점이 있다.  

이를 극복하기 위해 스핀 전류를 이용하는 스핀트로닉스 연구가 진행되고 있으며, 그 핵심은 스핀 전류를 생성하는 것이다.    

스핀 펌핑은 자성체와 비자성체를 접합했을 때 스핀이 이동하는 현상으로, 고전역학적 스핀 전류는 크기가 작아 활용이 제한적이었다.  

하지만 정명화 교수 연구팀은 고품질의 철(Fe)-로듐(Rh) 자성박막을 제작하여 큰 스핀 전류를 관측했고, 이를 이경진 교수 연구팀이 양자역학적으로 해석했다.    

특히 이번 연구는 상온에서 양자역학적 스핀 펌핑 현상을 관측했다는 점에서 큰 의미가 있으며, 기존 방식보다 10배 이상의 스핀 전류를 생성하는 방법을 제시하여 차세대 전자 소자 개발에 기여할 것으로 기대된다.    

공동 연구팀은 "기존 스핀트로닉스 연구는 고전적인 스핀 운동을 이용해 온 반면, 이번 연구는 스핀의 양자적인 특성을 활용하여 응용 측면에서 더 효과적이라는 점을 증명했다"고 밝혔다.  

과기정통부는 "이번 연구 성과는 기초연구를 통해 스핀의 정적인 상태 연구를 넘어 동적인 스핀 상태 연구로 확장하여 세계 최고의 성과를 창출했다는 점에서 의미가 크다"며 "앞으로도 기초연구 지원을 지속적으로 확대해 나갈 것"이라고 밝혔다.