국내 연구팀이 고체표면의 단일원자 특성을 관찰할 수 있는 기술을 개발했다.

기초과학연구원(IBS) 양자나노과학 연구단 안드레아스 하인리히 단장 연구진은 미국 IBM 알마덴연구소와 공동으로 고체표면 위에 놓인 단일 원자의 특성을 정밀하게 관찰할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다. 이번 연구 성과는 사이언스 온라인 판에 19일 새벽 3시 논문으로 게재됐다.

양자컴퓨터, 초소형컴퓨터 등 차세대 정보처리장치 구현을 위해선 정보를 저장하는 단위를 줄여야한다. 핵스핀은 유력 초소형 메모리 후보지만 아직까지 정확한 특성이 밝혀지지 않았다. 원자의 핵스핀이 내는 에너지는 매우 약해 지금까진 수백만 개 원자핵들의 신호를 한꺼번에 읽어 특성을 유추할 수밖에 없었다.

연구팀은 주사터널링현미경(STM)과 전자스핀공명(ESR) 기술을 결합해 에너지분해능(정밀도)을 1만 배 높여 자기공명영상(MRI)으로 신체 내부를 진단하듯 고체표면 위 원자 한 개의 핵스핀을 측정했다. 연구팀은 단일원자의 핵스핀 측정에 성공해 하나의 원자가 정보를 오랫동안 저장하는 메모리 단위로 쓰일 수 있다는 가능성을 확인했다. 또 고체 기판 위 원자가 놓인 위치에 따라 소자의 전자기적 특성이 달라짐을 확인했다. 이는 향후 개별 원자가 저장장치이자 회로가 되는 차세대 전자소자 설계에 핵심원리로 사용될 수 있다.

이번 연구 성과는 향후 양자정보를 저장하고 연산하는 양자컴퓨팅용 소재를 선별하는 기술로 응용될 수 있다. 원자가 메모리이자 회로가 되는 고체기반 차세대 전자장치 설계에도 새로운 방향성을 제시한 것으로 평가된다.

강정의 기자 justice@ggilbo.com