기초연·포항공대, 자성 상태 조절하는 2차원 자석 합성

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 협력 연구로 자성상태 조절이 가능한 2차원 자성 물질을 합성했다. 이 자석은 자유자재로 자성상태를 조절하는 것이 가능해 앞으로 차세대 스핀 소자 연구에 활용할 수 있다.

기초과학연구원(IBS)은 김준성 원자제어 저차원 전자계 연구단 연구위원과 심지훈 포항공대 화학과 교수, 최시영 포항공대 신소재공학과 교수 연구팀이 4가지 서로 다른 자성 상태를 조절하는 2차원 자석을 합성했다고 17일 밝혔다.

기초과학연구원, 포항공과대학교 연구팀이 쉽게 자성상태를 조절하는 2차원 자석을 합성했다.(왼쪽부터)심지훈 포항공대 교수, 최시영 포항공대 교수, 김준성 기초과학연구원 연구위원.(사진=기초과학연구원)

2차원 자석은 차세대 소자인 스핀정보소자를 만드는데 필요한 핵심 소재이다. 그러나 2차원 자석 후보 물질이 드물고, 낮은 온도에서만 자성이 나타나 적합한 소재를 확보하기 어려웠다.

특히 스핀 정보 입·출력을 하려면 다양한 자성상태를 갖는 자석을 서로 접합시켜야 했다.

연구팀은 작년에 높은 온도에서도 자성을 유지하는 2차원 물질인 ‘철·저마늄·다이텔루라이드’를 합성했다. 이후 철 원자를 망간, 코발트, 갈륨, 루테늄 원자로 바꿨을 때 자성상태를 계산하고, 합성했다.

그 결과 철을 코발트로 바꾼 ‘철·코발트·저마늄·다이텔루라이드’가 4가지 자성상태를 지닌 것으로 나타났다. 코발트 농도와 박막 층수를 조절해 자성 상태를 조절하고, 서로 다른 자성상태의 층을 바꿔 같은 온도라도 다른 자성 상태를 갖게 할 수 있다.

김준성 연구위원은 “화학적인 조성과 물리적인 두께를 바꿔 2차원 자석 후보 물질의 자성상태를 조절할 수 있다는 것을 확인했다”며 “2차원 자석을 이용한 스핀소자에 여러 기능을 구현할 발판이 될 것”이라고 말했다.

연구결과는 국제학술지 ‘네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난 14일자 온라인으로 게재됐다.