경북대 연구팀이 차세대 저전력 반도체 구현의 핵심 원리를 규명했다.경북대는 물리학과 조연정 교수팀이 서울대 박제근 교수팀과 공동연구를 통해 차세대 양자 자성 물질의 제어 원리를 밝혀냈다고 9일 밝혔다.연구팀은 코발트가 삽입된 전이금속 화합물인 코발트탄탈황화물(CTS)에서 카이랄(Chiral) 스핀 구조가 만들어내는 미세한 자성이 '전자 네마틱 상'을 유도하고 제어하는 핵심 역할을 한다는 사실을 확인했다.또 외부 자기장만으로 전자 네마틱 상의 방향을 원하는 대로 바꿀 수 있으며, 한 번 형성된 상태는 전원이 꺼져도 유지되는 비휘발성 특성을 실험과 이론을 통해 입증했다.최근 반도체 분야에서는 전자의 스핀을 이용해 전력 소모를 줄이고 처리 속도를 높이는 스핀 소자 연구가 활발하다. 특히 외부 자기장 간섭이 적고 데이터 안정성이 높은 반강자성체 기반 물질이 차세대 반도체 후보로 주목받고 있다.연구팀은 극저온 전기저항과 자성 토크 측정을 통해 CTS 내부의 미세한 자성이 전하 배열 방향을 결정하는 핵심 요소임을 규명했다. 카이랄 스핀 구조에서 나타나는 미세 자성을 외부 자기장으로 제어하자 전자 네마틱 상도 함께 변화했으며, 이 상태가 전원 없이도 유지되는 것을 확인했다.조연정 교수는 "이번 연구는 카이랄 구조와 전자 네마틱 상, 미세 자성의 상호작용을 규명한 성과"라며 "초고속·초절전 메모리 반도체와 보안성이 높은 양자 정보 처리 소자 개발에 중요한 설계 지침이 될 것으로 기대한다"고 말했다.이번 연구는 한국연구재단 지원으로 수행됐으며 연구 결과는 국제학술지 'Advanced Materials' 6월 2일자에 게재됐다.
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