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독일 할레 비텐베르크 마르틴 루터 대학교(Martin Luther University Halle-Wittenberg)의 국제공동 연구팀이 전자 전하 여기가 금속 산화물에서 전자스핀을 어떻게 변화시키는 지 초고속 및 동 위상으로 관찰함. 특수 금속 산화물은 오늘날 프로세서에서 일반적으로 사용되는 반도체 재료를 언젠가 대체할 수 있을 것으로 기대되고 있음. 현대 반도체 전자 장치에서 모든 트랜지스터의 첫 번째 핵심 단계는 반도체의 소위 밴드갭 위로 전자를 천이시키는 것입니다. 전자는 실제로 비전도성 물질을 통해 이동해야 함. 밴드갭을 통과해 여기 된 후 전자의 움직이는 전하는 정보 처리에 사용되는 전류를 생성함. 이러한 전류는 프로세서를 뜨겁게 만들어 에너지 손실을 초래할 수 있음. Spintronics는 이른바 스핀의 도움으로 이 문제를 해결하려고 하는 것임. 이것은 자기 모멘트를 생성하여 정보 처리에 사용되는 자기를 생성하는 전자의 고유 각운동량을 활용하는 것임. 전자 특성과 자기적 특성의 결합이 기능을 결정하게 됨. 자성 산화물은 전자 전류를 전달하지 않고 자기 정보만 전달하기 때문에 스핀트로닉스에서 중요한 재료임. 그러나 최근까지 전자가 자기 산화물의 스핀과 결합하여 밴드갭을 가로 질러 어떻게 전달되는지는 명확하지 않았었음. 연구팀은 이제 이 과정을 성공적으로 관찰하고 새로운 이론을 개발했음. 연구진은 최첨단 초단파 펄스 레이저를 사용하여 전자를 여기시켜 니켈 산화물의 밴드갭을 가로 질러 천이시킬 수 있었음. 그들은 또한 정보가 자기 시스템으로 어떻게 전달되는지 관찰하여 이전에 알려지지 않은 초고속 커플링 메커니즘을 식별 할 수 있었음. 이 발견은 이제 초고속 스핀트로닉스를 위한 길을 닦은 것으로, 미래에 새로운 초고속 스토리지 시스템과 정보 기술의 개발을 촉진할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ ("Ultrafast coupled charge and spin dynamics in strongly correlated NiO") 지에 게재됨.