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원자 춤추게 하면 자성없던 물질도 자석으로 변신

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원자 춤추게 하면 자성없던 물질도 자석으로 변신

2018.02.28 15:30

무슨 연구인가 : 적외선 진동으로 전자의 스핀을 제어해 자성이 없는 물질도 자성을 띌 수 있게 만들 수 있음을 보임.

 

왜 중요한가 : 전자를 직접 이동시키지 않고 전자의 스핀만으로 신호를 전달하게 하면 보다 빠르고 효율이 높은 반도체를 만들 수 있음. 전자의 자기적 성질을 전자공학에 응용하는 것을 스핀트로닉스라 함.    

 

 

자성을 띄지 않는 물질을 자석으로 만드는 기술이 개발됐다. 


박노정 울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 교수팀은 전자의 스핀을 조절하면 자성이 없는 물질에 자성을 띄게 할 수 있다는 사실을 증명해 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2월 12일자에 발표했다. 

 

박노정 UNIST 교수가 비자성 물질에 자성을 주는 방법을 설명하고 있다. UNIST 제공
박노정 UNIST 교수가 비자성 물질에 자성을 주는 방법을 설명하고 있다. UNIST 제공


박 교수팀은 적외선으로 진동을 만드는 입자, 포논을 발생시킨 뒤 원자를 통과하게 만들었다. 포논이 통과한 원자는 춤추듯 진동하게 되는데, 이 과정에서 전자에 새로운 움직임이 생긴다. 연구팀은 이 움직임을 조절하면 전자 스핀을 원하는대로 조절할 수 있다는 사실을 알아냈다. 전자 스핀을 조절하면 자성을 쉽게 만들 수있다. 

 

원자의 진동이 스핀 조절로 이어지는 과정. UNIST 제공
원자의 진동이 스핀 조절로 이어지는 과정. UNIST 제공

 

일반적으로 전자는 2개가 한 조를 이뤄 스핀한다. 각각의 전자가 서로 다른 방향으로 스핀하기 때문에 발생하는 힘이 평형을 이룬다. 따라서 짝수 전자로는 자성을 만들기 어렵고, 홀수 전자를 가진 금속 원자만이 자성을 만들 수 있었다. 철, 니켈, 코발트 정도가 자석을 만들 수 있는 금속이었다.


연구팀이 개발한 기술을 이용하면 그동안 자석을 만들 수 없었던 물질로도 자석을 만들 수있다. 연구팀은 반도체에서 널리 사용하는 몰리브덴황(MoS2)을 자석으로 만드는데 성공했다. 


현재 반도체를 구성하는 전자 소자들은 전자를 직접 이동시키는 방식을 이용해 신호를 생성한다. 박 교수는 “전자 스핀으로 신호를 만들면 연산 속도가 빠르고, 저장 용량이 크며 에너지 소비도 적은 전자 소자를 만들 수 있다”며 “전자의 자기적 성질을 전자공학에 이용하는 스핀트로닉스를 구현할 수 있는 물리적 기반이 될 것”이라고 설명했다. 

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