대구경북과학기술원(DGIST·디지스트)은 신물질연구센터 홍정일 센터장 연구팀이 키스트(KIST) 스핀융합연구단 우성훈 선임연구원 연구팀과 공동으로 ‘스커미온’ 스핀 구조체를 사용해 기존에 제시된 바 없는 전혀 새로운 형태의 물리적 현상을 규명했다고 29일 밝혔다. 이 현상은 차세대 광대역 통신소자에 적용 가능할 것으로 기대를 모으고 있다.
연구팀에 따르면 2009년 발견된 소용돌이 모양으로 배열된 스핀들의 구조체인 스커미온은 특유의 위상학적 안전성과 작은 크기, 효율적인 움직임 등으로 인해 초고밀도, 고속력 차세대 메모리 소자의 기본 단위로 학계에서 큰 주목을 받고 있다.
스커미온이 보이는 독특한 동역학적 움직임인 ‘스커미온 호흡운동’ 현상은 메모리 소자를 넘어 스커미온 기반의 차세대 고주파 발진기 소자의 구현도 가능하게 할 수 있다는 기대를 불러일으켰다. 하지만 스커미온의 매우 작은 크기와 빠른 운동 속도로 인해 스커미온 호흡운동을 실제 관측하는 연구는 현재까지 이뤄지지 못했었다.
이번 연구 결과는 이론으로만 제시됐던 스커미온 호흡운동을 세계 최초로 규명한 것이다. 연구팀은 우수한 시공간 분해능(Resolving Power)을 가지는 X-선 촬영기법을 이용해 외부 신호에 반응하는 스커미온의 미세 호흡운동을 1㎱(나노초, 10억 분의 1초) 단위로 관측하는데 성공했다.
또 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 시사하는 중요한 연구 결과로 평가받고 있다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 게재됐다.
대구=최일영 기자 mc102@kmib.co.kr
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