초저전력 차세대 통신소자 개발 실마리 발견

▲ 외부 전류 자극에 의해 시간에 따라 변하는 스커미온 호흡운동에 대한 모식도

KIST, 스커미온 이용해 물리적 현상 규명

국내 연구진이 스핀 구조체 ‘스커미온’을 사용해 차세대 초저전력ㆍ초고주파 소자 실마리를 찾았다.

2009년 발견된 스커미온(Skyrmion)은 소용돌이 모양으로 전자 스핀들이 배열돼 만들어진 구조체다.

한국과학기술연구원(KIST)는 스핀융합연구단 우성훈 박사팀과 대구경북과학기술원(DGIST) DGIST-LBNL 신물질연구센터 홍정일 센터장 공동 연구팀이 스커미온을 이용해 최초로 새로운 형태의 차세대 광대역 통신 소자에 적용 가능한 물리적 현상을 규명했다고 29일 밝혔다.

지금까지 메모리 소자에 적용하려는 연구가 활발했다.

하지만, 최근에는 스커미온의 독특한 움직임인 ‘스커미온 호흡운동(Skyrmion Breathing)’을 이용하면 통신소자도 구현할 수 있다는 예측이 제기됐다.

스커미온 호흡운동은 외부 신호에 따라 스커미온의 크기가 변하며 고주파 신호를 발생하는 움직임이다.

연구진은 이번 연구에서 X선 촬영기법을 이용, 스커미온의 호흡운동을 1ns(나노초·10억 분의 1초) 단위로 관측하는 데 성공했다.

스커미온은 매우 작고 운동 속도도 빨라 호흡운동이 실제로 관측된 적은 없었다.

우성훈 KIST 박사는 “이론으로만 제시됐던 스커미온 기반의 고효율 차세대 통신소자가 실제 가능함을 보인 연구 결과”라며 “미래 고성능 전자기기들의 효율적인 통신을 위한 차세대 통신소자 개발을 앞당기는 데 기여할 것”이라고 말했다.

홍정일 DIGIST 센터장은 “본 연구결과가 제시하는 ‘스커미온’을 활용한 새로운 접근법은 전반적인 소자의 작동 메커니즘을 새롭게 제시할 수 있어 기존의 연구 흐름에 시사하는 바가 크다”고 밝혔다.

연구 결과는 지난 24일 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인 판에 게재됐다. 최소망 기자somangchoi@