[금강일보 김경락 기자] 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영)은 원자제어 저차원 전자계 연구단 김준성 연구위원(POSTECH 물리학과 교수)과 심지훈 POSTECH 화학과 교수, 신소재공학과 최시영 교수를 비롯한 국내 공동 연구진이 4가지 서로 다른 자성 상태를 조절할 수 있는 2차원 자석을 합성해냈다고 17일 밝혔다.

2차원 자석은 차세대 소자 후보인 스핀정보소자 구현에 필요한 핵심 소재 중 하나다. 그러나 2차원 자석 후보 물질이 드물고 매우 낮은 온도에서만 자성이 나타나 적합한 소재를 확보하기 어려웠다. 전자 소자가 0과 1의 정보를 담은 수많은 트랜지스터로 이뤄지듯 스핀 정보 입·출력을 위해선 다양한 자성상태를 갖는 자석을 서로 접합시켜야 한다. 따라서 2차원 자석에서 자성상태를 조절하는 게 중요한 과제였다.

연구진은 층 사이 자성결합 세기에 따라 Fe4GeTe2의 자성상태가 민감하게 변하는 데 착안했다. 이에 층간 결합 세기를 조절하기 위해 Fe4GeTe2의 일부 철 원자를 다른 원자로 치환하는 실험을 계획했다. 철 원자와 비슷한 망간, 코발트, 갈륨, 루테늄 원자를 후보로 해 각 원자로 치환했을 때 자성상태를 계산하고 실제 합성과 측정 실험을 수행했다. 그 결과 철을 코발트로 치환한 철-코발트-저마늄-다이텔루라이드(Fe4-xCoxGeTe2)가 4가지 자성상태를 가질 수 있음을 발견했다.

이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)지에 지난 14일 온라인 게재됐다.

김경락 인턴기자 kimkr5369@naver.com