나노기술 및 정책 정보

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● 일본 이화학연구소(RIKEN) 창발물성과학연구센터 연구그룹이 전류를 이용하여 실온에서 단일 스커미온(skyrmion)을 구동시키고 그 움직임을 관찰하는데 성공

● 카이랄(chiral) 자성체 중, 단일 스커미온은 –150℃의 저온 조건에서 전류로 구동될 수 있다고 보고된 바 있지만, 실온에서 구동시킨 예는 없었던 상황

● 연구팀은 카이랄 자성체인 Co9Zn9Mn2(Co:코발트, Zn:아연, Mn:망간) 결정에서 두께 약 160nm(나노미터)의 박판을 잘라낸 후 박판의 양쪽에 텅스텐과 백금 전극을 부착하여 펄스 전류가 흐를 수 있는 마이크로 디바이스를 제작

● 디바이스의 푠면에 수직으로 80mT의 자기장을 가하면서 펄스 전류를 흐르게 함으로써 지름이 약 100nm인 단일 스커미온을 생성시키는 데 성공

생성된 스커미온의 자기 모멘트 방향은 위쪽 방향으로 위상(토폴로지) 수는 +1이 되며, 자장의 방향을 반전시켜 스커미온의 위상수의 부호가 반전되면 홀 운동의 방향도 반전되는 것을 확인

● 본 연구를 통해 상온에서 펄스 전류를 이용하여 단일 스커미온을 구동시킴으로써 현재 자기벽을 구동하는 전류보다 1/10,000배 낮은 전류에서 스커미온을 구동시킬 수 있게 됨에 따라 차세대 절전 전자기기의 실현에 기여할 것으로 기대되며 스핀 트로닉스 연구에 적용될 것으로 예상

※ 용어설명

- 스커미온(skyrmion): 소용돌이 모양으로 스핀들이 배열되어 형성되는 스핀 구조체

※ Nature Communications 게재(2021.11.24.), “Dynamic transition of current-driven single-skyrmion motion in a room-temperature chiral-lattice magnet”