[파이낸셜뉴스] 세상에 없는 기술을 제안하라는 카이스트(KAIST) 글로벌 특이점 연구사업으로 시작된 ‘자석으로 양자컴퓨팅 기술을 개발한다’는 아이디어가 현실화됐다. 카이스트와 국제공동 연구진은 ‘자기 성질을 가진 물질(자성체)’을 활용해 양자컴퓨팅의 핵심 기술을 세계 최초로 실증하는데 성공했다. 카이스트 물리학과 김갑진 교수 연구팀이 미국 아르곤 국립 연구소(Argonne National Lab.), 일리노이대 어바나-샴페인(Univ. of Illinois Urbana-Champaign, UIUC)과 공동연구를 통해, ‘광자-마그논 하이브리드 칩’을 개발해 자성체에서 다중 펄스 간섭 현상을 실시간으로 구현하는 데 세계 최초로 성공했다고 6일 밝혔다. ‘빛’과 ‘자석 내부의 진동(마그논)’이 함께 작동하는 특수한 칩을 개발한 것으로 멀리 떨어진 자석 사이에서 신호(위상 정보)를 전송해 여러 개의 신호가 서로 간섭하는 현상을 실시간으로 관측하고 조절하는 데 성공한 것이다. 연구팀은 마그논이 초전도 회로를 통해 멀리 있는 다른 자석까지 손실 없이 전달되는 것을 확인했고, 여러 펄스 사이에 간섭을 일으켰을 때 각각의 위상 정보를 유지하며 신호가 예측대로 보강 또는 상쇄되는 것(결맞음 간섭 현상)을 실시간 도메인에서 관측하는 데 성공했다. 또 여러 펄스(신호)의 주파수와 이들 간의 시간 간격을 조절해 자석 안에 생기는 마그논의 간섭 패턴을 임의로 제어할 수 있음을 입증함으로써, 전기 신호 입력을 통해 마그논의 양자 상태(위상 정보)를 자유롭게 제어할 가능성을 처음으로 입증했다. 이번 연구는 자성체 기반 양자 소자가 실질적으로 양자컴퓨팅에 활용될 수 있는 가능성을 열어준다는 점에서 중요한 의미를 가진다는 설명이다. 김갑진 교수는“이번 연구는 ‘세상에 없는 기술을 제안하라’는 KAIST 글로벌 특이점 연구사업에 ‘자석으로 양자컴퓨터를 개발할 수 있을까?’라는 다소 엉뚱하지만 모험적인 아이디어를 제안하며 시작됐다”며 “그 여정 자체가 매우 흥미로웠으며, 특히 이번 연구 결과는 양자 스핀트로닉스(quantum spintronics)라는 새로운 연구 분야의 가능성을 열었을 뿐만 아니라, 고효율 양자정보 처리 장치 개발을 위한 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다”라고 말했다. 이번 연구는 네이처 출판 그룹이 출간하는 국제 학술지 ‘엔피제이 스핀트로닉스(npj spintronics)’와 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 4월 1일, 4월 17일에 연이어 출판됐다. jiany@fnnews.com 연지안 기자

[파이낸셜뉴스]한국과학기술원(KAIST) 이경진·김갑진 교수와 서강대 정명화 교수 공동연구팀이 세계 최초로 상온에서 양자역학적 스핀 펌핑 현상을 발견하고 이를 실험적으로 입증했다. 즉 상온에서도 전자 이동 없이 전류를 만들어 낸 것으로, 이를 이용하면 발열이 거의 없고 에너지 손실이 적다. 이 기술을 활용하면 기존 반도체 기술보다 빠르게 정보 전달도 가능해 초절전 전자기기를 만들 수 있다. 이번 연구는 기존의 스핀을 이용한 전자 기술인 '스핀트로닉스' 분야에 새로운 방향을 제시했으며, 양자역학적 스핀 펌핑이 기존 방식보다 최소 10배 이상 효율적이라는 점이 밝혀졌다. 연구진은 이 연구 결과를 최고 권위의 국제 과학 학술지 '네이처(Nature)'에 30일(한국시간) 발표했다. 연구진은 철(Fe)과 로듐(Rh)으로 이루어진 특수한 합금(FeRh)을 활용했다. 이 물질은 온도를 높이면 자기 성질이 변하는 특성이 있으며, 연구팀은 이 과정에서 양자역학적 스핀 펌핑 현상이 발생하는 것을 확인했다. 스핀은 전자의 회전하는 성질로, 이를 이용하면 전기처럼 흐르는 '스핀 전류'를 만들 수 있다. 기존 방식(고전역학적 스핀 펌핑)은 자석 내부의 자기장이 흔들리면서 스핀 전류가 발생하는 방식이었다. 반면, 연구팀이 이번에 입증한 양자역학적 스핀 펌핑은 자기장의 방향이 고정된 상태에서 자기 크기가 변화하면서 스핀 전류가 생성되는 새로운 방식이다. 이번 연구에서 정명화 교수팀은 고품질 FeRh 자성 박막을 합성했고, 김갑진 교수팀은 이 물질이 자기적 변화를 일으킬 때 발생하는 스핀 전류를 실시간으로 측정하는 기술을 개발했다. 이후 이경진 교수팀은 실험 결과를 이론적으로 분석해, 관측된 현상이 양자역학적 스핀 펌핑임을 증명했다. 과학기술정보통신부는 "대부분의 양자역학적 현상이 극저온에서만 관측되는 것과 달리, 이번 연구에서는 상온에서 양자역학적 스핀 펌핑을 관측했다는 점에서 큰 의미가 있다"고 설명했다. 특히, 기존 고전역학적 방식보다 10배 이상 강한 스핀 전류를 생성하는 방법을 제시했다는 점에서 차세대 전자 소자 및 양자기술 개발에 기여할 것으로 기대된다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 포항공과대(POSTECH) 물리학과 이길호 교수와 정현우 통합과정생은 일본 국립재료과학연구소(NIMS) 와타나베 켄지, 타니구치 타카시 박사팀과 함께 꿈의 신소재로 불리는 '이중층 그래핀'의 특별한 성질을 더욱 정확하게 알아냈다고 7일 밝혔다. 이번 성과는 그래핀의 가장자리 부분에서 일어나는 특이한 현상을 자세히 분석함으로써 앞으로 더욱 빠르고 효율적인 컴퓨터를 만드는 데 필요한 새로운 기술 개발에 도움이 될 것으로 보인다. POSTECH에 따르면 연구진은 이중층 그래핀의 가장자리 상태와 전자가 예상치 못한 곳으로 이동하는 수송 메커니즘을 밝혀냈다. 이러한 현상을 이용하면 기존 전자 소자보다 더욱 작고 빠른 소자를 개발할 수 있다. 즉 그래핀을 이용해 더욱 작고 빠른 컴퓨터 칩을 만들 수 있는 가능성을 찾아낸 것이다. 이중층 그래핀은 두 겹의 그래핀 층으로 구성된 소재로 외부 전기장을 이용해 전자의 이동에 중요한 밴드 간극(band gap)을 조절할 수 있다. 밴드 갭은 전자가 움직일 수 있는 에너지 영역으로, 고속도로와 차와 비유하면 밴드 갭이 크면 차선이 좁아서 전자가 움직이기 어렵고, 밴드 갭이 작으면 차선이 넓어서 전자가 자유롭게 움직일 수 있다. 이 때문에 기존의 트랜지스터를 뛰어넘는 차세대 정보 기술인 '밸리트로닉스'의 핵심 소재로 주목받고 있다. 밸리트로닉스는 기존 전자 소자나 스핀트로닉스보다 빠르고 효율적인 데이터 처리가 가능하다. 밸리트로닉스에서 중요한 개념 중 하나는 '계곡 홀 효과'다. 이는 전자가 물질 내부에서 특정 에너지 상태(계곡)를 따라 이동하며, 전자의 흐름 방향이 나뉘는 현상을 의미한다. 그로 인해, 전기가 흐르지 않아야 할 곳에서도 저항이 나타나는 '비국소 저항'이라는 독특한 현상이 발생한다. 연구진은 이중층 그래핀의 비국소 저항 발생 원인을 밝히기 위해 이중 게이트 구조로 밴드 간극을 조절할 수 있는 그래핀 소자를 제작했다. 그리고, 자연적으로 형성된 가장자리와 '반응성 이온 식각 공정'으로 가공된 깎아낸 가장자리를 비교해 전기적 특성을 분석했다. 그 결과, 자연적으로 형성된 가장자리에서는 비국소 저항값이 기존 예측값과 일치했다. 반면, 식각 공정으로 가공된 가장자리에서는 저항값이 예측값보다 무려 100배 이상 증가했다. 저항값이 급증했다는 것은 전자기기의 성능이 저하될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터의 처리 속도가 느려지거나, 전력 소비가 증가할 수 있다. 이는 단점으로 보이지만, 이러한 현상을 이용해 새로운 종류의 전자 소자를 개발할 수 있는 가능성이 열린 셈이다. 예를 들어, 매우 민감한 센서나 특수한 기능을 가진 메모리 소자 등을 개발할 수 있다. 정현우 통합과정생은 "소자 제작 과정에서 필수적으로 사용되는 식각 공정이 비국소 전송에 미치는 영향이 지금까지 충분히 고려되지 않았다"며, "이번 연구는 이러한 문제를 재조명하고, 앞으로 밸리트로닉스 소자의 설계와 개발에 중요한 단서를 제공할 것"이라고 말했다. 한편, 연구진은 이번 연구 성과를 나노 기술 분야 국제 학술지인 '나노 레터스(Nano Letters)'에 발표했다.    monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 삼양그룹 수당재단은 지난 29일 서울 중구 롯데호텔에서 ‘제33회 수당상 시상식’을 개최했다고 30일 밝혔다.  수당상은 우리나라 학문 발전에 기여한 연구자를 후원하기 위해 1973년 제정된 상으로 매년 2명을 선정한다. 수당재단은 올해 이현우 포항공과대학교 물리학과 교수와 조길원 화학공학과 교수를 수상자로 선정해 상금 2억원과 상패를 수여했다. 기초과학 부문 수상자로 선정된 이현우 교수는 차세대 반도체공학분야로 각광받고 있는 스핀트로닉스(전자의 회전을 이용한 전자공학)를 20년간 연구한 물리학자로 ‘스핀오비트로닉스'라는 새로운 학문 분야가 생겨나는 이론적 기반을 제공하고, 이론 예측들을 실험으로 확인해 국내 학계가 해당분야에서 세계 최정상급으로 성장하는데 기여했다.  이교수는 "아직 부족함이 많은데 큰 상의 수상자로 선정해 주셔서 감사하게 생각한다"며 "학문적 연구를 통해 젊은 세대에게 모범을 보이고 그들이 성장할 수 있는 환경을 만들어주는 것으로 이번 수상의 은혜를 갚겠다"고 소감을 전했다 응용과학 부문 수상자 조길원 교수는 차세대 반도체 소재인 유기반도체 및 고분자 나노 표면 기술에 관한 독창적 연구로 유기 전자 소재의 기술혁신을 이루고, 이를 유연 전자소자에 응용해 차세대 플렉시블 디스플레이 기술 발전에 이바지한 업적으로 수상자에 선정됐다. 조교수는 "고분자 과학자로서 우리나라 고분자와 유기 전자재료 분야의 발전에 이바지하고 우리나라의 학문적 위상을 세계적으로 높이는 데 작은 기여를 할 수 있어서 매우 영광스럽게 생각한다"며 "앞으로 연구에 매진해 전공분야에서 더욱 뛰어난 성과를 창출하고 훌륭한 후학을 양성할 수 있도록 노력하겠다"고 말했다. yon@fnnews.com 홍요은 기자

삼양그룹의 장학재단인 수당재단은 '제33회 수당상' 수상자로 이현우 포항공과대학교 물리학과 교수와 조길원 포항공과대학교 화학공학과 교수를 선정했다고 16일 밝혔다. 수당상은 삼양그룹 창업주인 수당 김연수 선생의 산업보국과 인재육성 정신을 계승해 우리나라 사회와 학문 발전에 훌륭한 업적을 이룬 연구자를 격려하기 위해 제정된 상이다. 1973년 제정돼 올해로 33회를 맞았으며, 매년 우수 연구자 2인을 선정해 상패와 상금 2억원을 각각 수여한다. 제33회 수당상 시상식은 오는 29일 롯데호텔에서 열릴 예정이다. 이번에 기초과학 부문 수상자로 선정된 이 교수는 차세대 반도체공학 분야로 각광받고 있는 스핀트로닉스(전자의 회전을 이용한 전자공학)를 20년간 연구한 물리학자로 수십 나노미터 이하의 작은 물질에서 생기는 스핀 전류에 대해 연구하며 '스핀오비트로닉스'라는 새로운 학문 분야를 만들어냈다. 특히 지난해 7월 국제학술지 네이처에 발표한 논문으로 2023년 금속 다층 국제심포지엄, 2024년 국제 자성 컨퍼런스에서 기조연사와 2024년 미국물리학회(APS), 국제자성학회 등 저명한 국제학회 연사로 초청됐다. 응용과학 부문 수상자로 선정된 조 교수는 차세대 반도체 소재인 유기반도체 및 고분자 나노 표면 기술에 관한 독창적 연구로 유기 전자 소재의 기술혁신을 이루고, 이를 유연 전자소자에 응용해 차세대 플렉시블 디스플레이 기술 발전에 이바지했다. 유기반도체의 자기조립기술 및 고분자 유기반도체 단결정 제조기술을 세계 최초로 개발하고, 차세대 유연 전자소재 및 소자의 연구개발을 주도해 플렉시블 전자 분야에서 우리나라가 세계적 기술 강국으로 도약하는 데 기여했다고 평가받는다. yon@fnnews.com 홍요은 기자

[파이낸셜뉴스] 삼양그룹의 장학재단인 수당재단은 '제33회 수당상' 수상자로 이현우 포항공과대학교 물리학과 교수와 조길원 포항공과대학교 화학공학과 교수를 선정했다고 16일 밝혔다. 수당상은 삼양그룹 창업주인 수당 김연수 선생의 산업보국과 인재육성 정신을 계승해 우리나라 사회와 학문 발전에 훌륭한 업적을 이룬 연구자를 격려하기 위해 제정된 상이다. 1973년 제정되어 올해로 33회를 맞았으며, 매년 우수 연구자 2인을 선정해 상패와 상금 2억원을 각각 수여한다. 제33회 수당상 시상식은 오는 29일 롯데호텔에서 열릴 예정이다. 이번에 기초과학 부문 수상자로 선정된 이 교수는 차세대 반도체공학분야로 각광받고 있는 스핀트로닉스(전자의 회전을 이용한 전자공학)를 20년간 연구한 물리학자로 수십 나노미터 이하의 작은 물질에서 생기는 스핀 전류에 대해 연구하며 '스핀오비트로닉스'라는 새로운 학문 분야를 만들어냈다. 특히 지난해 7월 국제학술지 네이처에 발표한 논문이 학계의 큰 관심을 받으며, 2023년 금속 다층 국제 심포지엄, 2024년 국제 자성 컨퍼런스에서 기조연사와 2024년 미국물리학회(APS), 국제자성학회 등 저명한 국제학회 연사로 초청됐다. 응용과학 부문 수상자로 선정된 조 교수는 차세대 반도체 소재인 유기반도체 및 고분자 나노 표면 기술에 관한 독창적 연구로 유기 전자 소재의 기술혁신을 이루고, 이를 유연 전자소자에 응용해 차세대 플렉시블 디스플레이 기술 발전에 이바지했다. 유기반도체의 자기조립 기술 및 고분자 유기반도체 단결정 제조 기술을 세계 최초로 개발하고, 차세대 유연 전자소재 및 소자의 연구개발을 주도해 플렉시블 전자 분야에서 우리나라가 세계적 기술 강국으로 도약하는데 기여했다고 평가받는다. yon@fnnews.com 홍요은 기자

[파이낸셜뉴스] 한국표준과학연구원(KRISS)이 양자스핀팀이 세계 최초로 상온에서 스커미온을 제어하는 트랜지스터를 개발했다. 소용돌이 모양으로 배열된 스핀 구조체 '스커미온'은 실리콘 반도체를 사용한 D램 집적도의 1000배에 달하며, 사용하는 전력도 100분의 1만으로 데이터를 처리할 수 있다. 전자제품의 기본단위인 트랜지스터를 스커미온으로 만들어내 향후 차세대 반도체 및 양자기술에 활용될 것으로 보인다. 양승모 박사는 1일 "트랜지스터가 20세기 디지털 혁명을 견인했다면, 스커미온 트랜지스터는 21세기 스핀트로닉스 기술 혁명의 단서가 될 것"이라고 말했다. 연구진이 개발한 스커미온 트랜지스터는 자성체에서 나오는 스커미온의 이동을 전기적으로 제어하는 독자 기술을 바탕으로 해 일반 트랜지스터가 전류를 제어하듯이 스커미온을 흐르거나 멈추게 할 수 있다. 연구진은 산화알루미늄 절연체 내부의 수소를 활용해 자기이방성을 균일하게 제어하는 핵심기술을 개발, 이론상으로만 존재했던 스커미온 트랜지스터 소자를 세계 최초로 만들어냈다. 이는 2021년 표준과학연구원에서 개발한 스커미온의 생성·삭제·이동 기술에 이어 스커미온 소자 개발을 위한 또 다른 핵심 기반기술이다. 스커미온 트랜지스터는 기존 전자소자에 비해 소비전력·안정성·속도 측면에서 대폭 유리한 뉴로모픽 소자, 로직 소자 등 스커미온 기반 소자들의 개발을 앞당길 전망이다. 황찬용 양자기술연구소장은 "국내 대기업에서도 기존 실리콘 반도체의 한계 극복을 위해 스핀트로닉스를 이용한 차세대 반도체에 눈을 돌리고 있다"고 설명했다. 그러면서 "앞으로도 스커미온 관련 기반기술을 추가로 개발해, 차세대 반도체 소자 및 양자기술에 응용할 수 있는 수준으로 발전시킬 예정"이라고 말했다. 한편, 연구진은 이번 연구결과를 세계적 학술지인 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'에 발표했다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

포항공과대학교(포스텍) 기계공학과 통합과정 김예슬씨가 최근 산업통상자원부와 과학기술정보통신부 주관으로 열린 '나노 코리아 2021'에서 금상을 받았다. 김씨는 24일 "큰 학술대회에서 발표할 수 있는 좋은 기회를 주셔서 감사하다"며 "앞으로 저희의 연구가 광통신 및 토폴로지 스핀트로닉스와 같은 다양한 영역에 적용될 수 있도록 꾸준히 노력하겠다"고 말했다. 김씨는 최근 '나노 코리아 2021'에 '카이랄 광결정 구조에서의 스핀-밸리 표면파' 논문을 발표했다. 이 논문은 양자 스핀 홀 효과와 밸리 홀 효과를 동시에 가지는 '스핀 밸리 고정 키랄 광결정'을 설계함으로써 특정 주파수를 갖는 광자를 스핀과 밸리 상태에 따라 방향성 있게 전파시킬 수 있음을 보였다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

포항공과대학교(POSTECH) 기계공학과 통합과정 김예슬씨( 사진)가 최근 산업통상자원부와 과학기술정보통신부 주관으로 열린 '나노 코리아 2021'에서 금상을 받았다.  김씨는 24일 "큰 학술대회에서 발표할 수 있는 좋은 기회를 주셔서 감사하다"며 "앞으로 저희의 연구가 광통신 및 토폴로지 스핀트로닉스와 같은 다양한 영역에 적용될 수 있도록 꾸준히 노력하겠다"고 말했다.  김씨는 최근 '나노 코리아 2021'에 '카이랄 광결정 구조에서의 스핀-밸리 표면파' 논문을 발표했다. 이 논문은 양자 스핀 홀 효과와 밸리 홀 효과를 동시에 가지는 '스핀 밸리 고정 키랄 광결정'을 설계함으로써, 특정 주파수를 갖는 광자를 스핀과 밸리 상태에 따라 방향성 있게 전파시킬 수 있음을 보였다.   김씨는 이 연구를 통해 매우 효율적이고 강력한 신호 전송에 대한 놀라운 가능성을 열었다는 평가를 받으며 '나노 코리아 2021'에서 금상을 차지하는 영예를 안았다.  '나노 코리아 2021'은 나노기술 개발을 촉진하고 연구자의 사기를 북돋기 위해 개최되는 심포지엄으로, 일반 참가자(초청 발표 제외) 중 우수 발표자를 선정해 대상 1명, 금상 2명, 은상 3명을 수여했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

국내 연구진이 실리콘 반도체를 대체할 차세대 반도체 '스핀트로닉스' 재료 성질을 순식간에 분석하는 인공지능(AI)을 개발했다. 연구진은 이 AI를 이용해 자성체의 전자현미경 이미지를 입력하고 실시간으로 해당 자성체의 자기적 물성을 추정할 수 있게 됐다고 설명했다. 뿐만 아니라 실제 관측한 데이터와 AI가 추정한 값의 오차가 1% 내외로 추정 정확도가 매우 높았다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST)은 스핀융합연구단 권희영·최준우 박사팀이 경희대학교 원창연 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 AI 기술을 활용해 자성체의 스핀구조 이미지로부터 자기적 물성을 추정하는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 연구진은 이 AI 기술이 딥러닝을 이용해 기존 수십시간까지 걸리던 소재 분석을 순식간에 해결할 수 있다고 설명했다. 이번 연구 결과는 과학분야의 국제 저널인 '사이언스 어드벤시스' 최신 호에 게재됐다. 김만기 기자