국내 연구진, 세계 최초로 상온 양자역학적 스핀 펌핑 현상 발견

송덕성 기자

등록 2025-01-30 11:56

KAIST·서강대 공동 연구팀, 차세대 전자 소자 개발 가능성 제시

기존 방식 대비 10배 이상 큰 스핀 전류 생성… 「네이처」 게재

양자 기술 상온 구현 성공으로 스핀트로닉스 혁신 기대

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

과학기술정보통신부

이번 연구는 과기정통부 기초연구사업(중견연구, 기초연구실) 등의 지원을 받아 수행되었으며, 국제 학술지 「네이처(Nature)」 에 1월 30일(현지시간 1월 29일) 게재되었다.

연구진은 고품질의 철(Fe)-로듐(Rh) 자성박막을 제작하고, 이를 활용해 기존보다 10배 이상 큰 스핀 전류를 생성하는 데 성공했다. 특히, 대부분의 양자역학적 현상이 극저온에서만 관측되는 것과 달리, 이번 연구는 상온에서도 양자역학적 스핀 펌핑 현상을 구현했다는 점에서 큰 의미가 있다.

전자기기의 대부분은 전자의 전하 이동을 활용하지만, 이는 원자와의 충돌로 인해 열이 발생하고 효율이 낮아지는 문제를 안고 있다. 이를 해결하기 위해 전 세계 연구진은 전자의 스핀 이동을 활용하는 스핀트로닉스(spintronics) 기술을 연구해 왔다. 스핀트로닉스 구현의 핵심 기술 중 하나인 **스핀 펌핑(spin pumping)**은 자성체와 비자성체 간의 상호작용을 이용해 스핀 전류를 생성하는 방식이다.

그동안 스핀 펌핑을 통한 전류 생성은 고전역학적 방법에 의존해 크기가 작고 실용성이 낮았으나, 이번 연구는 스핀의 양자적 특성을 활용하여 보다 효율적인 스핀 전류 생성이 가능함을 증명했다.

연구진은 "기존 스핀트로닉스 연구가 고전적인 스핀 운동을 이용한 것과 달리, 이번 연구는 양자역학적 스핀 운동을 활용하여 응용 가능성이 더욱 크다는 점에서 의의가 있다"고 밝혔다.