정밀한 자기장 크기 측정을 통해 방향 등을 알려주는 첨단 센서 홀센서를 양자 정보에 활용할 수 있는 위상홀 효과 발견됐다.
한국연구재단은 천승현·김건 세종대 교수, 박성균 부산대 교수 공동 연구팀이 강자성체-반강자성체 이중층에서 스커미온(skyrmion)과 같은 특이한 스핀 분포 상징인 위상홀 효과를 발견했다고 14일 밝혔다.
최근 차세대 뉴로모픽 컴퓨팅 소자 핵심기술로 주목받는 양자 스핀 구조체 스커미온은 가상의 자기장에 의해 인접한 스핀들 간 꼬인 정도에 비례해 나타나는 위상홀 효과 현상을 보인다. 이 같은 위상홀 효과는 스커미온의 위상 특성을 이용한 양자스핀소자 발전이나 위상 양자컴퓨터 개발을 위해 필요하다.
연구팀은 원자층 단위로 물질을 쌓는 분자선속증착(MBE) 장비로 2차원 자성체에 관한 연구를 진행하던 중 위상홀 효과가 나타나는 새로운 메커니즘을 발견했다. 기판 위에 강자성체만 증착하면 기존에 알려진 이상홀 효과(자기장 대신 자기 모멘트에 비례하여 생기는 수직 방향 전위차)가 보이지만, 반강자성체를 같이 증착하면 위상홀 효과로 바뀌는 현상을 확인했다.
강자성체-반강자성체 이중층은 거대 자기저항 현상이나 컴퓨터 하드 디스크 드라이브 읽기헤드 핵심 역할을 담당할 만큼 친숙한 나노구조이지만, 위상홀 효과가 발견된 것은 처음이다.
천승현 교수는 “이번 연구 결과가 외부 환경 변화와 관계없이 안정적으로 보존되는 양자정보 소자 연구에 실마리를 제공할 수 있을 것”이라며 “후속 연구를 통해 2차원 자성체와 위상물질 결합을 시도해 새로운 양자현상 발견 및 위상 양자컴퓨터 등으로 활용 가능성을 기대한다”고 말했다.
한편 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 나노분야 국제학술지 에이씨에스 나노(ACS Nano)에 지난달 27일 온라인 게재됐다.
이인희기자 leeih@etnews.com
