과학기술정보통신부KAIST 이경진·김갑진 교수와 서강대 정명화 교수 공동 연구팀이 세계 최초로 상온에서 양자역학적 스핀 펌핑 현상을 발견했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 기초연구사업(중견연구, 기초연구실) 등의 지원을 받아 수행됐으며, <네이처>에 1월 30일(현지시간 1월 29일) 게재됐다.

연구진은 고품질의 철(Fe)-로듐(Rh) 자성박막을 제작하고, 이를 활용해 기존보다 10배 이상 큰 스핀 전류를 생성하는 데 성공했다. 대부분의 양자역학적 현상이 극저온에서만 관측되는 것과 달리, 상온에서도 구현했다는 점에서 의미가 크다.

전자기기의 대부분은 전자의 전하 이동을 활용하지만, 이는 원자와의 충돌로 열이 발생하고 효율이 낮아지는 문제를 안고 있다. 이를 해결하기 위해 전 세계 연구진은 전자의 스핀 이동을 활용하는 스핀트로닉스(spintronics) 기술을 연구해 왔다. 스핀트로닉스 구현의 핵심 기술 중 하나인 '스핀 펌핑(spin pumping)'은 자성체와 비자성체 간의 상호작용을 이용해 스핀 전류를 생성하는 방식이다.

그동안 스핀 펌핑을 통한 전류 생성은 고전역학적 방법에 의존해 크기가 작고 실용성이 낮았으나, 이번 연구는 스핀의 양자적 특성을 활용해 보다 효율적인 스핀 전류 생성이 가능함을 증명했다.