상온에서 양자역학 '스핀 펌핑' 현상 발견…세계 최초

국내 연구진이 세계 최초로 상온에서 발생하는 양자역학적 '스핀 펌핑(spin pumping)' 현상을 발견했습니다.

KAIST 이경진·김갑진 교수와 서강대 정명화 교수 공동연구팀은 양자역학적인 스핀 펌핑 현상을 예측하고 이를 세계 최초로 입증하는 데 성공했다고 밝혔습니다.

스핀 펌핑은 자성체와 비자성체를 접합했을 때, 전자의 자기적 성질인 스핀이 팽이처럼 도는 세차운동에 의해 자성체에서 비자성체로 이동하는 현상을 말합니다.

전자 기기의 대부분은 전기적 성질인 '전하 전류'로 작동하는데, 열로 인한 에너지 효율 저하로 인해 '스핀 펌핑'과 같은 스핀 전류 연구가 활발히 이뤄지고 있습니다.

공동 연구팀은 고품질의 철(Fe)-로듐(Rh) 합금이 상온에서 자기적 성질이 변한다는 사실을 활용해 고품질의 자성박막에서 큰 스핀 전류를 관측했으며, 이를 양자역학이론으로 해석하고 실험으로 증명했습니다.

특히, 극저온에서만 관측된 양자역학적 '스핀 펌핑' 현상을 상온에서 관측했다는 점에서 큰 의미가 있으며, 기존 고전역학적 방식보다 10배 이상의 스핀 전류를 생성하는 방법을 제시한 만큼, 차세대 전자 소자 개발에도 기여할 것으로 기대됩니다.

이번 연구 성과는 국제학술지 '네이처'에 실렸습니다.

YTN 사이언스 권석화 (stoneflower@ytn.co.kr)