세종대학교 천승현·김건 교수, 부산대학교 박성균 교수 팀은 공동 연구를 통하여 강자성체-반강자성체 이중층에서 스커미온(skyrmion)과 같은 특이한 스핀 분포 상징인 위상홀 효과를 발견했다.

최근 차세대 뉴로모픽 컴퓨팅 소자 핵심기술로 주목받는 양자 스핀 구조체 스커미온은 가상의 자기장에 의해 인접한 스핀들 간 꼬인 정도에 비례해 나타나는 위상홀 효과 현상을 보인다. 이 같은 위상홀 효과는 스커미온의 위상 특성을 이용한 양자스핀소자 발전이나 위상 양자컴퓨터 개발을 위해 필요하다.

연구팀은 원자층 단위로 물질을 쌓는 분자선속증착(MBE) 장비로 2차원 자성체에 관한 연구를 진행하던 중 위상홀 효과가 나타나는 새로운 메커니즘을 발견했다. 기판 위에 강자성체만 증착하면 기존에 알려진 이상홀 효과(자기장 대신 자기 모멘트에 비례하여 생기는 수직 방향 전위차)가 보이지만, 반강자성체를 같이 증착하면 위상홀 효과로 바뀌는 현상을 확인했다.

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

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