국내 연구진, 세계 최초 상온 양자역학 현상 발견

KAIST 이경진·김갑진 교수팀, 서강대 정명화 교수팀 공동연구
기존 고전역학 방식 대비 스핀전류 10배 이상

(왼쪽부터)이경진 카이스트 교수, 김갑진 카이스트 교수, 정명화 카이스트 교수./과학기술정보통신부

국내 연구진이 세계 최초로 상온에서 양자역학적 '스핀 펌핑(spin pumping)' 현상을 발견했다. 대부분의 양자역학적 현상은 극저온에서만 관측되는 것과 달리, 이번 연구는 상온에서 양자역학적 스핀 펌핑 현상을 관측했다는 점에서 큰 의미가 있다.

30일 과학기술정보통신부는 KAIST 이경진·김갑진 교수와 서강대학교 정명화 교수 공동연구팀이 '스핀 펌핑' 현상을 발견했다고 밝혔다. 스핀 펌핑 연구성과는 지난 29일(현지시각) 국제 학술지 '네이처'에 게재됐다.

물질 내에서 전자가 이동하는 현상인 전류는 전기적 성질인 전하가 이동해 발생하는 '전하 전류'와 자기적 성질인 스핀(spin)의 이동으로 발생하는 '스핀 전류'로 나뉜다.

전자기기 대부분은 이중 '전하 전류'로 작동하는데, 전류가 흐를 때 전자가 물질 내부의 원자와 충돌하기 때문에 열이 발생하고, 결국 에너지 소모량 증가와 효율 저하로 이어지게 된다.

이러한 한계를 극복하기 위해 전 세계에선 전하 전류가 아닌 '스핀 전류'를 이용해 전자 소자를 만들려는 시도가 잇따르고 있는데, 이를 '스핀트로닉스(spintronics)' 라고 한다.

이 스핀트로닉스 기술의 핵심인 '스핀 전류' 생성 방안 중 하나로 제시되고 있는 것이 바로 '스핀 펌핑'이다.

과기정통부는 "공동연구팀이 기존의 고전역학적인 스핀 펌핑 메커니즘을 넘어, 양자역학적인 스핀 펌핑 현상을 예측하고 이를 세계 최초로 입증하는 데 성공했다"며 "기존 고전역학적 방식에 비해 10배 이상의 스핀 전류를 생성하는 방법을 제시해, 차세대 전자 소자 개발에 기여할 것으로 기대한다"고 밝혔다.