KAIST, 마그논 오비탈 홀 효과로 반도체 발열문제 실마리

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“초저전력 오비탈 기반 정보처리 기술 개발 기대”

이번 연구를 통해 최초로 발견된 2차원 반강자성체의 마그논 오비탈 홀 효과와 그로 인한 마그논 오비탈 축적을 보여주는 모식도. ⓒKAIST

한국과학기술원(KAIST)는 반강자성체에서 마그논 오비탈 홀 효과를 세계 최초로 발견했다고 17일 밝혔다.

KAIST에 따르면 김세권 KAIST 물리학과 교수 연구팀이 이현우 포항공대 물리학교 교수팀과 공동연구로 마그논 오비탈 홀 효과를 발견해 물리·화학 분야 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 게재됐다.

스핀트로닉스와 오비트로닉스는 줄발열로 인한 에너지 소모 문제가 동반됐다. 하지만 이를 국내 연구진이 초저전력 오비탈 기반 정보처리 기술 기틀을 세울 수 있는 걸 개발한 것이다.

마그논을 이용한 스핀트로닉스 소자는 줄 발열로 인한 에너지 소모 없이 기존 컴퓨팅 기술을 대체 할 수 있어 세계 학계에서 경쟁적으로 연구가 이뤄지고 있다. 하지만 마그논 오비탈 특성에 관한 이론 정립은 정립되지 않았다.

김세권 교수 연구팀이 삼황하린망간과 같이 벌집 격차를 이루는 2차원 반강자성체에서 강한 마그논 오비탈 홀 효과가 나타난다는 것을 세계 최초로 발견했다는 게 KAIST 측 설명이다.

기존에 알려진 마그논 홀 효과는 스핀궤도결합에 기인하기에 크기가 작다. 이번 연구를 통해 발견된 마그논 오비탈 홀 효과는 스핀궤도결합과 무관하게 결정구조에서 기인해 크기가 상당히 크다는 것을 연구팀이 이론적으로 보였다. 또 연구팀은 전기적으로 마그논 오비탈 홀 효과를 측정할 수 있는 실험방법도 제시했다. 이는 스핀 자유도에만 국한돼 있던 마그논 연구의 범위를 스핀과 오비탈로 확장한 연구 결과로 마그논 오비트로닉스라는 연구의 새 장을 열어 줄 것으로 예상하고 있다.

김 교수는 “마그논 오비탈과 그 수송이론 정립은 아직 세계적으로 아무도 시도하지 않은 독창적이고 도전적인 문제”라며 “기존 정보처리 기술 한계를 혁신적으로 뛰어넘는 초저전력 오비탈 기반 정보처리 기술 기틀을 세울 수 있을 것ˮ이라고 말했다.

이번 연구는 김세권 KAIST 교수, 고경춘 KAIST 박사, 안대현 KAIST 학생, 이현우 포항공대 교수의 공동 연구로 진행됐으며 삼성미래기술육성사업, 한국연구재단 해외우수과학자 유치사업 플러스(브레인 풀 플러스), 세종과학펠로우십의 지원을 받아 수행됐다.

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