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열역학 법칙 위배 '기묘한 전류 흐름' 규명

UNIST 유정우 교수 "차세대 자성 메모리나 논리소자 응용 기대"
연구를 수행한(좌측부터) 최대성 연구원, 유정우 교수.<사진=UNIST 제공>연구를 수행한(좌측부터) 최대성 연구원, 유정우 교수.<사진=UNIST 제공>
국내 연구진이 새로운 자성 소자 개발의 기초가 될 것으로 기대되는 '특이한 전류 흐름현상'을 발견했다. 차세대 자성 메모리나 논리소자에 응용할 수 있을 것으로 보인다.

UNIST(총장 직무대행 이재성)는 유정우 신소재공학부 교수팀이 서로 다른 물질이 결합한 이종접합 소재에 외부 자기장을 걸어주자 한 방향으로만 전류가 더 잘흐르는 정류작용을 발견하고 이유를 밝혔다고 15일 밝혔다.

이종접합 소재는 맞닿은 면(계면)을 기준으로 '공간 반전 대칭성'이 깨져있다. 일반적으로는 공간 축을 기준으로 뒤집어도 거울에서 대칭되듯 변화가 나타나지 않아야 하는데, 서로 다른 물질이 맞붙으면 이 성질이 어긋나는 것이다. 연구진은 이 상태에서 자기장을 걸어서 소재에서 전류가 흐르는 방향을 제어할 수 있음을 보였다.

유 교수는 구조적으로 반전 대칭성이 깨진 이종접합 계면에서 외부 자기장에 의해 전류의 흐름이 '비상반적'으로 나타날 수 있음을 규명했다고 해석했다. 그는 "열역학 제4법칙이라고도 일컫는 '온사게르 상반법칙(Onsager reciprocal reaction)'에 위배되는 매우 특이한 현상"이라고 말했다.

이 외에도 연구진은 실험을 통해 두 산화물의 이종접합 전도층에서 특정 방향으로 자기장이 걸렸을 때, 전류가 한 방향으로 더 큰 값으로 흐른다는 점을 규명했다. 추가로 다른 방향의 전압(게이트전압)을 걸어주면, 라쉬바 효과가 커져서 전류의 방향성 흐름을 더욱 강하게 제어할 수 있음을 보여줬다.
  
유정우 교수는 "이번 연구로 비상반적 수송특성이 더욱 극적으로 나타나는 조건을 새롭게 제시했다"며 "자기장에 따라 정류회로의 방향 제어가 가능하므로 자성 소재 분야에서는 차세대 자성 메모리나 논리소자로 응용하는 게 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다.
 
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