[에너지단열경제]이재철 기자
Mn3GaN과 페로브스카이트 산화물의 계면에서 확인된 독특한 원자 단층이 노란 하이라이트로 표시 돼 있다./포스텍 제공
포스텍 최시영 신소재공학과 교수와 엄창범 위스콘신대 매디슨캠퍼스 교수 공동연구팀이 원자 구조 소재 이미징을 통해 새로운 물질의 합성 원리를 찾아냈다.
페로브스카이트계 산화물 재료를 사용해 결정성이 좋은 Mn3GaN을 합성하는데 성공한 것이다.
연구팀에 따르면 스핀홀 효과는 전하 전류와 스핀 전류의 상호 변환을 통해 스핀트로닉스 자기구조를 매우 효과적으로 조절할 수 있다는 것.
일반적인 대칭 조건에 따르면 스핀 전류에 의한 분극은 전하와 스핀 흐름 모두에 수직하게 되는데 이를 이용해 미소영역 자기 구조를 미세전류로 제어할 수 있기 때문이다.
하지만 불완전한 결정에서는 대칭성이 감소해 스핀에 의한 수직적 분극 경향성은 상실될 수도 있다.
Mn3GaN는 삼각 스핀 구조의 반강자성 특성을 가지며, 높은 결정 대칭을 유지하면서 낮은 자기 대칭 상태를 만들어 스핀에 의한 분극 방향을 제어할 수 있다.
그동안 결정성이 훌륭한 Mn3GaN를 제조하는 것은 '안티페롭스카이트'라는 난해한 결정 구조 때문에 거의 불가능한 것으로 여겨왔다.
연구팀은 결정성이 좋은 Mn3GaN을 실현하기 위해서 페로브스카이트계 산화물 재료를 사용한 계면 공학을 활용했다.
이렇게 해서 기존 페로브스카이트 재료에서 발견되지 않은 유용한 물리적 특성을 나타내는 완벽한 결정의 Mn3GaN을 성장시키는 데 성공했다.
최시영 교수는 “이번에 제안한 재료 설계는 원자 수준에서의 화학구조 정보와 전자구조 정보를 이미징 해석하는 원자 이미징 분석 기술을 통해서 실현이 가능하다”고 밝혔다.
이번 연구결과는 최근 국제학술지 '사이언스 어드밴스'에 게재됐다.
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