[금강일보 김가희 기자] 기초과학연구원은 원자제어 저차원 전자계 연구단(단장 염한웅)과 강상관계 물질 연구단(단장 노태원)이 자성을 띠는 반도체 물질에서 초거대 각자기저항 현상을 세계 최초로 발견했다고 24일 밝혔다.

이번 성과는 자기장의 크기가 일정한 경우 스핀 각도에 따라 자기저항의 크기가 10억 배까지 크게 변화할 수 있는 자성 반도체 물질을 발견했다는 점에서 의미가 크다.

초거대 각자기저항 현상은 기존 반도체 특성과 위상 자성체 특성을 결합하는 계기가 될 뿐만 아니라 외부 잡음에 강하고 정보 손실이 없는 스핀 정보 소자로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구단은 자성반도체 망간 실리콘 텔루라이드 화합물(이하 Mn3Si2Te6)의 스핀방향을 외부자기장을 이용해 회전시키면 전류가 흐르지 않는 부도체상태와 전류가 흐르는 금속상태로 쉽게 조절된다는 것을 전도 및 광학 특성 측정을 통해 발견했다.

전자구조 계산과 위상분석을 통해 부도체-금속 상전이에 기인한다는 점을 이론적으로도 규명했다. 위상학적인 전자상태가 존재하는 자성체에서 나타나는 고유한 특성이며, 외부 잡음이나 불순물에 강한 특성이 있다.

이러한 특성을 갖는 Mn3Si2Te6 자성체는 기존의 반도체처럼 전기장으로 전류의 흐름을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 자기장 또는 스핀 방향으로 전류 흐름을 효과적으로 조절할 수 있다. 이러한 특징을 잘 활용하면 전하와 스핀의 정보를 동시에 이용하는 초고속·초전력 대용량 스핀 메모리 소자 구현을 앞당길 수 있다.

김가희 수습기자 kgh@ggilbo.com