나노기술 및 정책 정보

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홋카이도(北海道)대학 대학원 정보과학연구원, 스웨덴 대학, 핀란드 대학 등의 국제 공동 연구그룹이 실온에서 90%, 110℃에서 80% 이상의 높은 전자스핀 편극을 실용 반도체에서 생성하는 광 스핀트로닉스 나노구조를 개발함.

광 스핀트로닉스는 전자스핀에 의한 초저전력 정보 처리/기억과 열 손실 없는 빛에 의한 스핀 정보 전송을 실현하는 광전 정보 인터페이스로, 전자와 빛의 양자 효과를 활용하는 차세대 광전융합 정보 기반을 구축하는 핵심 기술임. 스핀 정보의 광 변환에는 반도체가 필수이지만 반도체에서는 스핀 정보가 쉽게 손실되어 실용화에 필수적인 높은 스핀 편극을 실온에서는 얻을 수 없음.

연구진은 실용 광 디바이스 반도체 재료인 질화갈륨비소(GaNAs)와 인듐비소(InAs) 양자점으로 이루어진 ‘양자 역학적 터널 결합’을 개발함. 상온에서 스핀 필터링 증폭이 작용하는 GaNAs에 의해 초저전력 레이저 소자의 재료로서 실용화가 진행되고 있으며, 미래의 단일 광자 양자 정보 디바이스 재료로서 기대되는 양자점 중의 전자스핀 편극을 크게 증폭하는 데 성공함. 이 새로운 반도체 나노 구조에 의해 실온에서 90%, 110 ℃에서 80%라는 세계 최고의 전자스핀 편극을 달성하고 기존의 반도체 광 스핀트로닉스의 실용화를 방해하는 문제였던 상온에서의 작동을 크게 해결함.

본 연구 성과는 반도체 광 스핀트로닉스의 패러다임 변화를 일으키고, 자성이 없는 일반 실용 반도체이면서 전자의 스핀 편극을 실온 이상에서도 고효율로 증폭시키는 혁신적인 기술을 창출한 것으로, 향후 초저소비 전력의 스핀 정보 광 인터 커넥션을 위한 실용적인 기술 개발을 촉진할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Nature Photonics(Room-temperature electron spin polarization exceeding 90% in an opto-spintronic semiconductor nanostructure via remote spin filtering)에 게재됨.