자연에서 흔히 일어나는 공명현상을 이용하면 가능하다. 김상국 서울대 재료공학부 교수팀은 작은 나침반을 움직이는 정도의 극히 미약한 지구표면의 자기장 세기로도 스핀소용돌이 회전운동의 진폭을 증가시킬 수 있음을 밝혀냈다. 이는 공명현상을 이용해 한번 충전하면 오래가는 저전력·고효율의 스핀정보소자로의 응용가능성을 제시한 것으로 평가받고 있다.
 

특히 나노자성체에서 개개의 스핀들이 만들어내는 특이배열인 스핀소용돌이 구조의 회전운동을 이용한 스핀정보소자연구가 활발하다. 하지만 스핀소용돌이 회전운동을 이용한 정보신호 발생 및 처리를 위해서는 저전력으로 충분히 큰 정보신호를 발생시키고 증폭하는 기술을 확보하는 것이 관건이었다.

▲김상국 서울대 교수. ⓒ2013 HelloDD.com

김 교수 연구팀은 서로 다른 자기펄스 간에 일정한 위상차를 갖는 연속적 펄스를 의미하는 '결맞은 자기펄스'를 주기적으로 가해 공명현상을 일으킴으로써 매우 적은 전력으로 스핀소용돌이 핵의 회전운동을 자극하고 신호를 증폭시킬 수 있음을 규명해냈다.

연구팀은 마이크로미터 크기의 나노점(nano dot)에 극히 미약한 지자기 세기인 수 Oe 크기의 자기장 펄스를 주기적으로 가해 스핀소용돌이 회전운동의 진폭이 증가되는 조건을 찾아냈다.(1만 Oe=1테슬라)

또 X-선 현미경을 이용해 유도된 스핀소용돌이를 직접 관찰한 결과 스핀소용돌이 핵의 회전운동(수백㎒~1㎓) 진폭이 약 4배 가량 증가한 것을 확인했다. 이를 응용하면 저전력으로 고효율의 정보신호를 발생시킬 수 있게 된다.

김 교수는 "리더연구자지원사업의 지속적인 지원으로 10년 이상 스핀소용돌이 동역학 기초연구에만 주력할 수 있었고 그 결과, 세계적으로 인정받는 연구성과를 얻게 되어 매우 기쁘다"며 "또한 학생들을 석사 때부터 가르쳐 한국의 자성연구를 이끌어 갈 차세대 글로벌 인재로 양성하여 배출할 수 있어 교수로서 매우 보람되고 행복하다"고 밝혔다.

이번 연구에는 김 교수를 비롯해 유영상 박사, 한동수 연구원, 로렌스버클리 국립연구소 피터 박사가 참여했으며 연구결과는 네이처 자매지인 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 18일자 온라인판에 게재됐다.

▲미국 로렌스 버클리 국립연구소 내에 위치한 자기 투과 X선 현미경.<사진=연구재단 제공> ⓒ2013 HelloDD.com