KAIST, 반도체 불순물 가리는 ‘스핀 구름’ 존재 규명

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KAIST, 반도체 불순물 가리는 ‘스핀 구름’ 존재 규명

디지털데일리 발행일 2020-03-12 15:34:01

김도현

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[디지털데일리 김도현기자] 한국과학기술원(KAIST)가 금속과 반도체의 자성 이슈 해결에 나선다. 자성은 물질이 나타내는 자기적인 성질이다.

12일 KAIST는 심흥선 물리학과 교수 연구팀이 금속·반도체 안에서 불순물의 자성을 양자역학적으로 가리는 스핀 구름 존재를 규명했다고 밝혔다.

도체 및 반도체 내 잉여 전하는 주위 자유 전자들의 전하 구름에 의해 가려진다. 원리가 다르지만 도체나 반도체 내 불순물이 스핀을 가질 때, 해당 스핀은 주위 자유 전자들에 의해 생성된 스핀 구름에 의해 가려진다고 알려져 있다. 이는 콘도 효과라 불린다.

콘도 효과의 특성들은 대부분 규명됐으나, 스핀 구름의 존재가 입증되지 않은 채 남아있었다. 지난 50년 동안 다양한 시도들이 있었으나 스핀 구름은 발견되지 않았다.

이 때문에 스핀 구름 실존 여부에 대한 논쟁도 있었다. 스핀 구름이 다양한 자성 현상에서 중요한 역할을 할 것으로 예측된 탓이다.

심 교수 연구팀은 일본이화학연구소와 홍콩성시대학 연구진과 공동 연구를 통해 스핀 구름을 최초로 발견했다. 발견한 스핀 구름의 크기는 마이크로미터 수준이다.

심흥선 교수는 “스핀 구름의 존재 입증은 학계의 숙원으로, 이번 연구에서 발견된 만큼 후속 연구들이 활성화될 것”이라며 “스핀 구름을 전기적으로 제어해 미해결 자성 문제들을 이해하는 데에 활용할 수 있다 아울러 스핀 구름의 양자 얽힘 특성을 기반으로 차세대 양자정보 소자를 개발할 수 있다”고 강조했다.

<김도현 기자>dobest@ddaily.co.kr