UNIST 연구팀이 원자를 춤추게 하면 ‘자석’이 될 수 있는 전자의 스핀조절로 자성 형성을 증명했다.

UNIST는 박노정 교수팀이 자기적 성질을 띠지 않는 물질로부터 자기장을 발생시키고 자석으로 만드는 방법을 최신 계산방법으로 증명했다고 28일 밝혔다.

적외선으로 포논을 생성해 전자의 움직임에 영향을 주는 방식이다. 포논은 고체 속을 흐르는 진동의 입자로, 포논이 생기면 원자가 춤추듯 진동한다.

박 교수는 “모든 물질이 스핀이라는 ‘자석의 씨앗’을 갖고 있고 스핀 방향을 나란히 정렬하면 자성을 띠게 할 수 있다”며 “자기장이나 빛으로 직접 스핀을 조절하는 연구도 있었지만, 이번 연구에서는 원자를 춤추게 하는 간접적인 방법으로 전자의 스핀 방향을 정렬시킬 수 있음을 증명했다”고 밝혔다.

철을 자석으로 만들려면 강한 자석을 가까이 붙이면 된다. 이때 생성된 자기장이 전자의 스핀 방향을 나란하게 정렬시키기 때문이다.

연구팀은 이차원 반도체 물질인 ‘몰리브덴황’을 자석으로 만드는 데 적외선을 적용했다. 적외선의 영향으로 원자는 한 방향으로 회전운동을 하게 되고, 그 결과 시간 대칭이 깨진다. 이는 결국 전자의 스핀 방향을 정렬시켜 몰리브덴황이 자성을 띠게 만든다.

이번 연구로 적외선처럼 에너지가 낮은 파장의 빛으로 전자의 스핀을 조절할 가능성이 입증됐다. 이는 전자의 스핀 방향만 조절해 신호로 이용하는 전자공학, 스핀트로닉스의 기반이 될 수 있다. 이번 연구는 독일의 막스플랑크연구소와 공동으로 진행했으며 연구결과는 ‘네이처 커뮤니케이션’ 온라인판에 게재됐다.

박 교수는 “전자의 스핀으로 신호를 만들면, 전자를 직접 이동시키는 것보다 연산속도가 빠르고 저장용량이 크며 에너지 소비도 적은 전자소자를 만들 수 있다”며 “이번 연구가 스핀트로닉스를 구현하는 물리학적인 기반이 될 것으로 기대한다”고 전했다.

울산=장영태 기자 3678jyt@segye.com