'반강자성 물질이 상온서도 구동가능'…포스텍 장현명 교수팀

포스텍 신소재공학과 장현명 교수팀 발표

포스텍 신소재공학과 장현명(사진) 교수팀이 반강자성 물질인 사마륨 페라이트(SmFeO3)가 상온에서도 구동이 가능한 다강체(多强體)라는 사실을 발견했다고 8일 밝혔다.

다강성 물질은 전기장과 자기장을 이용해 분극현상을 자유자재로 조절할 수 있어 차세대 비휘발성 메모리나 센서에 활용될 것으로 기대되지만 일반적으로 극저온에서만 구동이 가능한 것으로 알려져 왔다.

연구팀은 SmFeO3가 상온에서도 자기적 특성과 강유전 특성을 동시에 가지는 다강성 물질이라는 사실을 발견했다.

연구 결과는 물리학 분야의 세계적 권위지인 피지컬 리뷰 레터스지에 발표될 예정이다.

연구팀은 양자역학적 계산을 통해 SmFeO3가 가진 독특한 스핀 기울임 구조 때문에 '자이아로신스키-모리야 역상호작용'이 일어나 상온에서 강유전 분극을 유도할 수 있는 다강성 물질이 될 것으로 예측하고 SmFeO3의 단결정을 이용한 실험을 통해 증명했다.

세계적으로 상온에서 사용가능한 다강성 물질에 대한 연구가 경쟁적으로 진행되고 있어 이번 성과는 전원이 꺼져도 데이터를 잃어버리지 않는 차세대 메모리 반도체 개발에도 새로운 가능성을 제시할 것으로 기대된다.

장 교수는 "이 연구가 대표적인 반강자성 물질인 SmFeO3가 기존에 알려진 것과는 달리 다강성 물질이라는 사실을 새롭게 제시하고 상온에서도 구동이 가능한 점을 밝힌 점에서 획기적인 성과"라고 말했다.

포항'이상원기자 seagull@msnet.co.kr

▶반강자성=전자의 스핀 운동에 의해 스핀 축에 나란한 방향으로 미세한 자기모멘트가 형성된다. 자기적 성질을 띠는 물질에서 이웃하는 전자스핀들의 자기 모멘트가 서로 반평행하게 되면 이 둘이 상쇄돼 전체적으로 자기 모멘트가 거의 사라지게 되는 특성을 일컫는다. 자기적 성질을 가지는 대부분의 금속 산화물이 반강자성을 나타낸다.

▶강유전 분극현상=특정 온도와 압력의 조건에서 결정내의 양이온과 음이온이 각각 반대방향으로 분리돼 전기 쌍극자를 가지게 되는 현상.

▶스핀=일반적으로 모든 물체의 운동은 공간적이라 알려져 있으나 물질의 크기가 전자나 양성자와 같이 소립자 수준으로 줄어들면 공간적 운동과 별도로 스핀운동이 나타난다. 태양의 둘레를 지구가 도는 공전을 공간적 운동이라고 한다면 지구 자체의 남북축을 중심으로 자전하는 운동을 스핀 운동으로 볼 수 있다.