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| DGIST-LBNL 홍정일 센터장(왼쪽)과 KIST 스마트융합연구단 우성훈 선임연구원(오른쪽).(사진제공=DGIST) |
국내 연구진이 최근 독특한 스핀 구조체인 스커미온을 사용해 차세대 초저전력, 초고주파 통신소자에 적용 가능한 기술을 개발했다.
지난 2009년 발견된 소용돌이 모양으로 배열된 스핀들의 구조체인 '스커미온'은 특유의 위상학적 안전성과 작은 크기, 효율적인 움직임 등으로 인해 초고밀도, 고속력 차세대 메모리 소자의 기본 단위로 학계에서 큰 주목을 받고 있다.
DGIST(총장 손상혁)는 DGIST-LBNL 신물질연구센터 홍정일 센터장 연구팀이 KIST(한국과학기술연구원, 원장 이병권) 스핀융합연구단 우성훈 선임연구원 연구팀과의 공동연구를 통해 스커미온 스핀 구조체를 사용해 기존에 제시된 바 없는 전혀 새로운 형태의 차세대 광대역 통신소자에 적용 가능한 물리적 현상을 규명했다고 29일 밝혔다.
최근에는 이러한 스커미온이 보이는 독특한 동역학적 움직임인 '스커미온 호흡운동(Skyrmion Breathing)' 현상을 사용할 때, 메모리 소자를 넘어 스커미온 기반의 차세대 고주파 발진기 소자의 구현도 가능하다는 예측이 있어 왔다.
하지만 스커미온의 매우 작은 크기와 빠른 운동 속도로 인해 스커미온 호흡운동을 실제 관측하는 연구는 현재까지 이뤄지지 못했었다.
이번 연구 결과는 기존에 이론으로만 제시됐던 '스커미온 호흡운동'을 세계 최초로 규명한 것으로 DGIST-KIST 공동연구팀은 우수한 시공간 분해능(Resolving Power)을 가지는 X-선 촬영기법을 이용해 외부 신호에 반응하는 스커미온의 미세 호흡운동을 1나노초(ns, 10억분의 1초) 단위로 관측하는데 성공했다.
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| 외부 전류 자극에 의해 시간에 따라 변하는 스커미온 호흡운동 모식도.(자료제공=DGIST) |
또한 이번 연구를 통해 외부 전류를 이용한 스커미온의 효율적인 생성 기법도 개발했다.
이러한 연구 결과는 그동안 학계에서 주목해온 메모리 소자로의 적용을 넘어 전자기기 전 분야에 스커미온이 큰 역할을 할 수 있음을 제시하는 중요한 연구 결과라 할 수 있다.
홍정일 센터장은 "이번 연구 결과가 제시하는 '스커미온'을 활용한 새로운 접근법은 전반적인 소자의 작동 메커니즘을 새롭게 제시할 수 있어 기존의 연구 흐름에 시사하는 바가 크다"고 말했다.
KIST 스마트융합연구단 우성훈 선임연구원은 "기존에 이론으로만 제시됐던 스커미온 기반의 고효율 차세대 통신소자가 실제 가능하다는 연구 결과이며, 향후 미래 고성능 전자기기들의 효율적인 통신을 위한 차세대 통신소자 개발을 앞당기는데 기여할 것"이라고 밝혔다.
한편 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 지난 24일자 온라인판에 게재됐다.
이번 연구는 미래창조과학부 지원 KIST 기관고유사업, 창의형 융합연구사업 및 스핀궤도소재연구단(단장 김영근) 미래소재디스커버리사업으로 수행됐다.
