빛 비췄더니 자성 없는 반도체에 자성이…비밀은 '원자층 2개'[과학을읽다] 작성일 10-12 50 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">GIST·POSTECH, 선편광으로 일시적 자성 유도 확인<br>두 원자 진동의 결합이 핵심…차세대 스핀소자 연구 기대</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="WtFT3xHlAe"> <p contents-hash="cc081c5d9a6c181545656734bbff774444a2f4616308c0d52c8e1e254cfd1f4c" dmcf-pid="YAcdkXoMkR" dmcf-ptype="general">자석의 성질이 없는 반도체에 빛을 비췄더니 일시적으로 자성이 나타났다. 같은 반도체라도 원자층이 하나일 때는 나타나지 않던 현상이 두 층으로 쌓자 관측됐다. 국내 연구진은 그 비밀이 두 원자 진동의 결합에 있다는 사실을 밝혀냈다. 빛으로 물질의 자성을 빠르게 제어하는 차세대 정보처리 기술의 가능성을 보여준 연구다.</p> <div contents-hash="a1eb100298c1e5eff892930de166b9ec59cc30497cba239758edfea017298655" dmcf-pid="GckJEZgRAM" dmcf-ptype="general"> <p>광주과학기술원(GIST)은 물리·광과학과 신동빈 교수와 포항공과대학교(POSTECH) 물리학과 김동언 교수 공동연구팀이 자성이 없는 2차원 반도체에 빛을 비춰 일시적인 자성을 유도하고 그 원리를 규명했다고 12일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 지난 5일 게재됐다.</p> </div> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="7a9ffc92af1700debd8b937fc36ed31f7e5b91d491a4cb3f102410b47d15b3e0" dmcf-pid="HkEiD5aeAx" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="두 층으로 쌓은 이셀레늄화몰리브덴(MoSe₂) 반도체에 빛을 비춰 일시적인 자성을 유도하는 원리와 실험 결과. 왼쪽은 자성 유도 개념도, 오른쪽 위는 원자 진동, 오른쪽 아래는 선편광을 비췄을 때 관측된 자성 신호를 보여준다. 연구진 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/12/akn/20261012080232643capx.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="xan8LSMVgJ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/12/akn/20261012080232643capx.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 두 층으로 쌓은 이셀레늄화몰리브덴(MoSe₂) 반도체에 빛을 비춰 일시적인 자성을 유도하는 원리와 실험 결과. 왼쪽은 자성 유도 개념도, 오른쪽 위는 원자 진동, 오른쪽 아래는 선편광을 비췄을 때 관측된 자성 신호를 보여준다. 연구진 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="a755588670168aa30675e277a2b9806ba14177ead571327043e0a09fd195119b" dmcf-pid="XEDnw1NdAQ" dmcf-ptype="general"><strong><strong><strong>한 층에서는 없던 자성, 두 층에서 나타났다</strong></strong></strong></p> <p contents-hash="fb4768865c22cb4a1e612673350b9eaddb0ff5eb142c9f3abe8112b55436a739" dmcf-pid="ZDwLrtjJaP" dmcf-ptype="general">연구팀이 사용한 물질은 몰리브덴과 셀레늄 원자로 이뤄진 2차원 반도체 '이셀레늄화몰리브덴(MoSe₂)'이다. 원자층이 한 겹인 반도체와 두 겹인 반도체에 각각 빛을 비추고 나타나는 변화를 비교했다.</p> <p contents-hash="dc322363e3a48b813c70489cd811084b08d21ee6267879b69f4d6156ebdfa7b5" dmcf-pid="5wromFAiA6" dmcf-ptype="general">실험에는 전기장이 한 방향으로 진동하는 '선편광'을 사용했다. 기존에는 주로 전기장의 방향이 회전하는 '원형 편광'으로 전자의 스핀을 제어하는 방법이 연구돼 왔다. 스핀은 전자가 작은 자석처럼 작용하는 성질로, 그 방향을 정보 처리에 활용하는 기술이 주목받고 있다.</p> <p contents-hash="9eae291d40ceaa8392ecd0e08c39b862841f6e783e788471a2948d0e29d015bc" dmcf-pid="1rmgs3cnj8" dmcf-ptype="general">상온에서 실험한 결과 한 층짜리 반도체에서는 자성 신호가 나타나지 않았다. 반면 두 층짜리 반도체에서는 자성이 생겼을 때 나타나는 빛의 편광 회전 신호가 뚜렷하게 관측됐다. 외부 자기장이나 원형 편광 없이 선편광만으로도 자성을 유도할 수 있다는 가능성을 확인한 것이다.</p> <p contents-hash="de07746d618fac548c946aad2035d35e92b9ea90e164171b706234de25115846" dmcf-pid="tmsaO0kLa4" dmcf-ptype="general">연구팀은 그 원인을 원자들의 움직임에서 찾았다. 두 층이 서로 가까워졌다 멀어지는 '층간 호흡 진동'과 각 층 내부에서 셀레늄 원자가 움직이는 '신축 진동'이 결합하면서 복합적인 원자 운동을 만들어낸다는 것이다. 이 과정에서 전자의 스핀에 자기장이 가해지는 것과 같은 효과가 발생해 일시적인 자성이 유도되는 것으로 분석됐다.</p> <p contents-hash="ad867c5e88fe2a7ac11be51ff4b272360ba1c99e7eca3715dbdc11b9bbdcdd8a" dmcf-pid="FsONIpEoNf" dmcf-ptype="general">실제로 연구팀은 0.9테라헤르츠(THz)의 층간 호흡 진동과 5.1THz의 셀레늄 신축 진동을 확인했다. 이론적으로 예측한 두 진동이 실험에서도 관측되면서 자성 유도 원리를 뒷받침했다.</p> <p contents-hash="eb3f9ca32fe2b2ff13045209ea3b19f162764f84d5b01e0e3b539ef631353749" dmcf-pid="3OIjCUDggV" dmcf-ptype="general"><strong><strong><strong>상온에서도 수십 피코초 지속…초고속 제어 가능성</strong></strong></strong></p> <p contents-hash="5cbad048ac41af508a56099c16b44684ada00d9c66057d0f0b025e8fcbe9c1f2" dmcf-pid="0ICAhuwag2" dmcf-ptype="general">연구팀은 빛의 세기와 에너지, 반도체의 온도를 바꿔가며 자성 신호의 변화를 분석했다. 빛이 강할수록 자성 신호가 커졌으며, 빛의 에너지가 1.55전자볼트(eV) 부근일 때 가장 강하게 나타났다. 이는 반도체 내부에서 전자와 정공이 결합하는 에너지와 일치했다.</p> <div contents-hash="bab726bf1fef5517d0fed7ad6f39e73c9d86bef8b2d25bb1fcec4231e1bebee2" dmcf-pid="pChcl7rNN9" dmcf-ptype="general"> <p>온도에 따른 차이도 확인됐다. 온도를 낮추면 자성 신호가 약해지고 빠르게 사라졌지만, 상온에서는 원자 진동이 더 강하게 나타나면서 빛을 비춘 뒤 수십 피코초 동안 신호가 지속됐다. 1피코초는 1조분의 1초다.</p> </div> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="68aead8474331c014e0cf2dfdc94268b0492a685169368678d49ff7a7a1fb040" dmcf-pid="UyWmY9hDaK" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="GIST-POSTECH, 공동연구팀 단체사진. (왼쪽부터) 서민교 포항공과대학교(POSTECH) 물리학과 박사, 김한별 GIST 물리·광과학과 석박사통합과정생, 신동빈 교수, 김동언 POSTECH 물리학과 교수." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/12/akn/20261012080233925bqxg.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="yaNMjYiPjd" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/12/akn/20261012080233925bqxg.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> GIST-POSTECH, 공동연구팀 단체사진. (왼쪽부터) 서민교 포항공과대학교(POSTECH) 물리학과 박사, 김한별 GIST 물리·광과학과 석박사통합과정생, 신동빈 교수, 김동언 POSTECH 물리학과 교수. </figcaption> </figure> <p contents-hash="fe41fe540ef731dee75c81a97ea870e77d9fbb82e41dc64b7e25dd1b490658ba" dmcf-pid="uWYsG2lwob" dmcf-ptype="general">이번 연구는 빛과 원자 진동을 이용해 자성이 없는 물질에서도 일시적인 자성을 만들어낼 수 있음을 보여줬다는 데 의미가 있다. 다만 실제 반도체 소자에서 자성을 안정적으로 제어하거나 정보를 저장하는 기술을 구현한 것은 아니다. 향후 스핀을 이용해 정보를 처리하는 스핀트로닉스와 초고속 정보처리 기술로 발전시키기 위해서는 추가 연구가 필요하다.</p> <p contents-hash="ed3eab8fa05db64c06de844b08cc526282fddc328c5d529c10c4cf389183fe3c" dmcf-pid="7YGOHVSrgB" dmcf-ptype="general">신동빈 GIST 교수는 "이번 연구는 빛이 일으킨 원자 진동과 층 사이의 상호작용이 자성을 유도하는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 확인한 성과"라며 "특히 원자 진동을 매개로 빛과 물질의 스핀을 연결할 수 있음을 보여줬다는 점에서 의미가 있다"고 말했다.</p> <p contents-hash="574c1c773ac4fa4f2952f71345b366cd1f94b611f09d7f0407931f349687dc5d" dmcf-pid="zGHIXfvmaq" dmcf-ptype="general">김동언 POSTECH 교수는 "이론적으로 예측한 자성 유도 현상을 실제 2층 반도체에서 확인하고, 원자 진동과 자성 신호의 관계를 실험적으로 살펴볼 수 있었다"며 "이번 결과가 빛과 원자 진동을 이용해 물질의 자성을 제어하는 연구를 확장하는 계기가 되길 바란다"고 말했다.</p> <p contents-hash="f71421d85bb51deaf16aa9e72f2b5c1fdd4e9daff5be467b383b31b4c7b180db" dmcf-pid="qHXCZ4Tsoz" dmcf-ptype="general">김종화 기자 justin@asiae.co.kr</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 아시아경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 리튬배터리 발목잡던 용매 2개 섞었더니…"되레 수명 3배 증가" 10-12 다음 [사이언스카페] 과학에 대한 신뢰, 코로나19 이후 하락… 한국과 미국은 높아 10-12 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
