[etnews] POSTECH-SNU joint research (IBS), discovers new material havi…

2018.Jul.25
[etnews] POSTECH-SNU joint research (IBS), discovers new material having ferromagnetic and topological properties simultaneously (Prof. Kim, Jun Sung, Dept. of Physics, POSTECH, Dr. Kim, Kyoo, Max Planck POSTECH Center for Complex Phase Materials)

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국내 연구진이 강자성과 위상성질을 동시에 가지는 물질을 발견했다. 이처럼 스스로 자성을 띠는 강자성 물질이면서 선 형태로 위상학 특이점을 지니는 물질을 발견한 것은 세계에서도 처음이다.

기초과학연구원(IBS·원장 김두철)은 김준성 원자제어 저차원 전자계 연구단 연구위원, 양범정 강상관계 물질연구단 연구위원, 김규 막스플랑크 한국 포스텍 연구소 박사 등이 철 기반 'Fe₃GeTe₂'가 강자성과 위상성질을 동시에 가지는 물질임을 발견했다고 24일 밝혔다.

Fe3GeTe2 전자구조의 위상학적 특이점

위상물질은 화학구조가 바뀌지 않은 한 전자구조를 보존하는 물질이다. 이런 안정성을 활용하면 외부 잡음에 강하면서 정보 손실 없는 양자 소자를 구현할 수 있다.

Fe₃GeTe₂는 이런 '위상학적 특이점'이 선 형태로 길게 분포돼 있어 이 선을 따라 큰 양자역학적 자기장이 생긴다. 동시에 강자성체여서 전자 회전운동인 '스핀' 방향에 따라 휘어지는 '이상 홀효과'가 강하게 나타난다.

연구팀은 이번 연구로 위상학 상태와 강자성을 모두 지닌 물질이 실제로 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 또 이 물질에서 강하고 안정된 이상 홀효과를 관측했다. 그동안 학계에서는 강자성체에서 이상 홀효과를 많이 관측했지만 크기가 작았다. 기존 위살물질은 자성을 띠지 않는 물질이 대부분이라 양자역학적 자기장 효과가 나타나도 효과가 상쇄됐다.

Fe₃GeTe₂는 소자 개발에도 널리 쓰일 전망이다. 원자 간 결합이 약한 '반데르발스 구조'를 가지고, 육각 벌집형태여서 한 층씩 떼어나 2차원 강자성체를 만들 수 있다. 강한 이상홀 효과를 이용해 스핀을 조절, 미래형 정보소자 개발에도 도움이 될 것으로 보인다.

김규 박사는 “위상학 특성을 가진강자성체가 자연계에 더 많이 존재할 것으로 기대한다”며 “Fe₃GeTe₂ 연구로 더 강한 위상 특성을 가진 자성체를 발견할 수 있을 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com