금속 내 전자 궤적, 변화구처럼 휘게…"전자소자 개발 기대"

최경민·이현우 교수팀, 국제학술지 '네이처' 게재
가벼운 금속 전자 휘는 '궤도 홀 효과' 첫 시현…MRAM등 차세대 소자 개발 기대

국내 연구팀이 원자 번호가 낮은 가벼운 금속(경금속) 내부에서 전자가 움직이는 궤적을 야구 변화구처럼 휘도록 제어하는 기술을 개발했다.

전자를 제어하는 기술을 활용하면 미래 전자소자인 자성메모리(MRAM) 등 저전력 소자 개발에 도움을 줄 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부는 성균관대 최경민 교수와 포항공대 이현우 교수 공동연구팀이 세계 최초로 전자 궤적을 연구 결과를 6일 국제학술지 '네이처'에 발표했다고 밝혔다.

고체에서 흐르는 전자 속도와 전자 개수를 제어하는 방법과 달리 전자의 궤적이 휘도록 제어하는 방법은 많지 않다.

전류가 흐르는 고체에 자기장을 가하면 전자 궤적이 휘어지는 '홀 효과'가 널리 알려져 있으나 큰 전류가 필요하고 부분적 제어도 어려워 활용에는 한계가 있었다.

낮은 전력을 활용하는 기술 중에는 홀 효과 중 전자가 자기장에 대해 회전운동을 하는 현상인 '스핀'에서 일어나는 각운동량을 이용해 전자 궤적을 휘게 만드는 '스핀 홀 효과'가 있으나, 원자 번호가 큰 중금속에서만 이런 현상이 나타났다.

연구팀은 이를 대체하기 위해 타이타늄 금속에서 전자가 원자핵 주위를 도는 궤도 각운동량을 이용해 전자 궤적을 휘게 만드는 '궤도 홀 효과'를 처음으로 시현했다.

이 효과는 원자번호가 작은 경금속에서도 볼 수 있어 활용도가 높다고 연구팀은 설명했다.

최 교수는 전날 과기정통부에서 열린 브리핑에서 "주기율표상 금속 성질이 있는 물질들에는 대부분 이런 성질이 있을 것으로 예상한다"며 "실험적으로는 타이타늄, 바나듐, 망간 등 주기율표 앞쪽 금속에 주목하고 있다"고 설명했다.

이 기술은 전자소자에서 전류 궤적을 제어할 수 있는 원리를 제공해 전자소자의 성능을 높이는 데 활용될 것으로 기대한다고 연구팀은 강조했다.

최 교수는 "MRAM은 각운동량 기반 메모리인 만큼 각운동량을 제어하는 기술을 통해 메모리 소자의 저전력 동작과 고속 동작 특성을 향상하는 데 활용할 수 있다"고 설명했다.

/연합뉴스