성균관대학교(총장 유지범) 에너지과학과 최경민 교수 연구팀은 자성 물질의 상변화 현상이 스핀 전류를 발생시킴을 세계 최초로 구현하였다.

물질은 온도 및 압력에 따라 고체, 액체, 기체 등의 물리적 성질이 명확히 구별되는 상(phase)을 가진다. 상이 변할 때 동반되는 물리적 현상을 이용하면 유용한 도구를 만드는 것도 가능하다. 예를 들어 액체가 기체로 변할 때 에너지를 흡수하는 성질을 이용하여 에어컨을 만들 수 있다. 자성 물질도 강자성(ferromagnetic), 반강자성(antiferromagnetic), 상자성(paramagnetic) 등 서로 다른 상이 존재한다.

이러한 자기적 상이 변할 때는 에너지뿐만 아니라 각운동량을 흡수 또는 방출해야 한다. 성균관대 최경민 교수 연구팀은 FeRh 물질의 반강자성과 강자성 상 사이의 자기적 상변화 과정에서 발생하는 각운동량 흡수 과정을 규명하였다. 각운동량의 흡수는 전자와 마그논 사이의 각운동량 교환을 통하여 이루어지고, 이러한 각운동량 교환의 여파로 스핀 전류가 사방으로 방출됨을 실험적으로 규명하였다.

성균관대 최경민 교수는 “자기적 상변화는 반드시 스핀 전류를 동반함을 보여준다”며 “이러한 상변화에서 발생하는 스핀 전류의 크기가 거대하므로 자기 상변화 물질을 이용한 저전력 스핀 메모리 개발에 응용될 것으로 기대된다”고 연구 의의를 밝혔다.

이번 연구는 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 이 연구를 수행되었으며 연구 결과는 종합 과학 분야 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communicaitons)에 게재되었다.

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