포스텍(포항공과대·총장 백성기)은 첨단재료과학부 신소재공학과 장현명 교수와 석사과정 옥민애씨 연구팀이 인듐망가나이트(InMnO3)가 새로운 형태의 강유전 분극을 발현하는 것을 세계 최초로 발견했다고 18일 밝혔다.
이 연구성과는 세계적인 물리학 권위지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에서 이례적으로 3개월 만에 게재를 결정했을 정도로 학계에 주목을 받고 있다.
25살에 불과한 석사과정 학생의 주도로 이루어졌다는 점에서 더욱 눈길을 모으고 있다.
자기적(磁器的) 특성과 강유전성을 동시에 갖는 특이한 물질을 다강성 물질(multiferroics)이라고 하며 이 물질을 이용하면 전기장과 자기장을 이용해 분극현상을 자유자재로 조절할 수 있어 새로운 비휘발성 메모리나 센서를 개발할 수 있다.
이 때 일어나는 분극현상은 전자의 껍질인 오비탈(orbital)이 비어 있는 상태여야만 양이온과 음이온이 각자 끼어 들어갈 틈이 있기 때문에 가능한 것으로 지금까지 알려져 왔다.
그러나 인듐망가나이트의 경우 다른 강유전체와 달리 이 같은 오비탈이 꽉 차있으면서도 강유전 분극 발현현상이 일어나 이번 새로운 메커니즘 규명에 물리학계의 관심이 집중되고 있다.
연구팀은 양자역학적 계산에 의해 인듐 원자의 4d 오비탈에 작은 틈이 있어 이 틈을 통해 분극현상이 일어나 자체적 혼성화가 이루어진다는 사실을 밝혀냈다.
인듐원자의 4d오비탈과 산소원자의 2p오비탈 사이에 형성되는 비대칭적 파동함수도 제시했다.
이번 발견으로 지금까지 ‘꿈의 기억소자’로 불리며 전원이 꺼져도 데이터를 잃어버리지 않는 차세대 메모리 반도체 F램이나 센서 기술 개발에도 새로운 기회를 불러올 것으로 기대된다.
옥민애씨는 2009년 포스텍 학사과정을 최우등으로 졸업하고 장현명 교수의 지도 아래 지난 2년 간 응집물리학의 권위지로 알려져 있는 피지컬 리뷰 B(Physical Review B)지에 게재된 논문 4편의 연구에 참여해 왔다.
석사과정에서도 최고의 성적을 거두고 오는 2월 졸업을 앞두고 있다. 윤도원 기자
