- 자기저항소자·자기장센서 활용
- 관련 성질 찾으려는 연구 활발

탄소와 질소로 된 나노튜브구조 화합물이 투명자석의 성질을 보일 수 있다는 이론적 결과가 지역 연구진을 통해 제시됐다.

27일 부경대에 따르면 이 대학 물리학과 홍지상 교수팀은 원통형 모양의 1차원 나노튜브구조가 팔걸이 의자 또는 지그재그 모양일 때 반쪽 금속성을 가질 수 있음을 알아냈다. 반쪽 금속성이란 전자가 갖는 두 가지 스핀(전자가 양자역학적 특성에 의해 갖는 각 운동량의 일종) 종류 중에서 한 쪽 스핀만 전도전류를 만들 수 있는 성질을 말한다. 이런 물질은 자기저항소자, 자기장 센서 등에 활용될 수 있어 물질의 이런 성질을 찾으려는 연구가 활발하다.

스핀트로닉스는 전자가 갖고 있는 순수한 양자역학적 물리량인 스핀을 이용한 다양한 구조와 물성 연구를 진행하는 분야다. 기존 스핀트로닉스는 3d 전이금속 원소를 핵심으로 한다. 하지만 지금까지 여러 기술적, 물리적 난제가 남아 있었다. 이에 따라 스핀트로닉스 분야에서 이용되는 물질이 반쪽 금속성을 지니면 실제 소자응용을 위한 여러 문제점이 해결될 수 있는 것이다. 지금까지는 주로 2차원 평면구조에 대한 연구가 이뤄지고 있을 뿐 1차원 나노튜브 구조에 대한 연구는 전무했다.

이런 상황에서 홍 교수팀은 기하학적 모양에 따라 자기적 성질이 달라진다는 것을 발견했다. 팔걸이 의자 구조에서는 크기에 상관없이 한쪽 전자의 스핀성분이 페르미에너지(절대 0도에서 금속물질에 있는 전자가 가질 수 있는 가장 높은 에너지값) 면보다 낮은 쪽에 완전히 차 있는 반쪽 금속성을 보인다는 결과를 알아냈다.

반쪽 금속성 물질은 전원이 꺼져도 정보가 그대로 저장되는 비휘발성 메모리 소자로 활용할 수 있다. 또 가시광선 영역에서 투명할 수 있는 것으로 나타나 투명디스플레이 소자를 위한 응용연구로 이어질 전망이다. 홍 교수는 "한 가지 물질에서 자기적 특성과 광학적 특성을 동시에 보일 수 있는 구조에 대한 이론을 제시한 것"이라고 말했다.

이번 연구는 교육부와 한국연구재단이 지원하는 일반연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐으며 네이처 출판그룹이 발행하는 국제학술지 '사이언티픽 리포트지' 최신 온라인판에 게재됐다.