국내 연구진이 외부 자기장이나 극저온 장치 없이도 상온에서 전자의 스핀 흐름을 제어하는 데 성공했다. 고려대 김영근 교수팀과 서울대 남기태 교수팀은 공동연구를 통해 자성을 띤 3차원 카이랄(chiral) 나선 구조체를 세계 최초로 제작하고, 넓은 온도 범위에서 스핀을 안정적으로 전달하는 성과를 거뒀다.
스핀트로닉스(Spintronics)는 전자의 이동이 아닌 자기적 성질인 스핀을 이용해 정보를 저장·처리하는 기술로, 차세대 메모리(MRAM)와 초저전력 반도체의 핵심으로 꼽힌다. 그러나 지금까지는 극저온 환경이나 강한 자기장이 필요해 실용화에 제약이 컸다. 이번 성과는 이러한 한계를 넘어선 것으로, 연구 결과는 4일(현지시간) 국제학술지 사이언스(Science)에 실렸다.
[사진=고려대·서울대 공동연구팀 제공]
연구팀은 코발트(Co)와 철(Fe)의 결정화를 전기화학적으로 제어해 오른손·왼손 방향으로 꼬인 금속 나선 구조체를 제작했다. 금속은 일반적으로 대칭 구조를 띠어 카이랄성을 구현하기 어려운데, 연구팀은 신코닌(cinchonine)과 신코니딘(cinchonidine) 같은 유기 분자를 소량 첨가해 원하는 방향의 나선을 유도했다.
[사진=고려대·서울대 공동연구팀 제공]
실험 결과 구조체는 꼬임 방향에 따라 특정 스핀만 선택적으로 통과시켰고, 상온에서도 스핀이 장거리로 이동하는 것이 확인됐다. 이는 무기물 기반 금속에서 스핀의 선택적 전달을 구현한 첫 사례로, 카이랄 스핀트로닉스 설계를 위한 실험적 플랫폼을 마련했다는 점에서 의미가 크다. 전문가들은 이번 성과가 MRAM 같은 차세대 메모리는 물론, 저전력 연산 소자와 양자소자 개발에도 결정적 전환점이 될 것으로 보고 있다.
김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr
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