익숙한 구조에서 발견한 새로운 현상…위상홀효과 발견

홀(Hall)센서를 양자정보에 활용할 수 있는 위상홀효과가 자성체 양자나노구조에서 발견됐다.

스마트폰 안에 있는 첨단 센서 가운데 하나인 홀센서는 정밀하게 자기장의 크기를 측정해 방향을 알려주거나 정해진 경로로 로봇을 이동할 때 활용이 가능하다.

강자성체/반강자성체 이중층에서의 위상홀효과 발견(자료=세종대학교 천승현 교수)

한국연구재단은 천승현, 김건 교수(세종대학교), 박성균 교수(부산대학교) 공동 연구팀이 강자성체-반강자성체 이중층에서 스커미온(skyrmion)과 같은 특이한 스핀분포의 상징인 위상홀효과를 발견했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 원자층 단위로 물질을 쌓는 분자선속증착(MBE) 장비로 2차원 자성체에 대한 연구를 진행하던 중 위상홀효과가 나타나는 새로운 메커니즘을 발견했다고 강조했다.

또한 기판 위에 강자성체만 증착하면 기존에 알려진 이상홀효과가 보이는 반면, 반강자성체를 같이 증착할 경우에는 위상홀효과로 바뀌는 현상도 확인했다고 덧붙였다.

강자성체-반강자성체 이중층은 거대 자기저항 현상이나 컴퓨터 하드 디스크 드라이브 읽기헤드의 핵심 역할을 담당할 만큼 친숙한 나노구조이지만, 위상홀효과가 발견된 것은 처음이다.

천승현 교수는 이번 연구 결과에 대해 외부 환경 변화에 관계없이 안정적으로 보존되는 양자정보소자 연구에 실마리를 제공할 수 있을 것으로 보고, 후속 연구를 통해 2차원 자성체와 위상물질 결합을 시도할 것이라고 했다.

또한 새로운 양자현상 발견 및 위상 양자컴퓨터 등으로의 활용 가능성도 기대해 볼 수 있다고 전했다.

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