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기초과학연구원, 응용성 대폭 증가한 2차원 자석 만들어

2020-01-19기사 편집 2020-01-19 15:19:48

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전기가 통하도록 설계·합성한 2차원 자석이 나왔다. 2차원 자성체를 설계한 최초의 사례인데다, 전기전도성까지 부여하는 데 성공해 향후 차세대 스핀 소자에 활용이 기대된다.

19일 기초과학연구원은 국내 공동 연구진이 상온에서 자성을 띠는 철-저마늄-다이텔루라이드(Fe4GeTe2)를 설계·합성하고 이를 수 나노미터 두께의 얇은 층으로 떼어내 2차원 자석을 만들었다고 밝혔다.

연구진은 스핀정보소자에 유리한 2차원 자석을 설계하기 위해 한 층씩 떼어낼 수 있는 반데르발스 물질 중 철 원자가 포함된 물질에 주목했다. 철 원자 때문에 자성을 띠면서 전기가 통할 수 있기 때문이다. 여기에 층간 결합을 약하게 만드는 텔루륨 원자를 넣어 원자 한 층을 분리하기 쉽게 했다.

연구진은 전자구조 계산을 통해 1만 1000개에 이르는 다양한 철 기반 후보물질의 안정성과 자성을 예측했다. 그중 2차원으로 분리할 수 있는 반데르발스 물질 후보를 3개 찾아냈고 체계적인 소재 합성을 통해 예측한 물질 중 Fe4GeTe2를 합성하는 데 성공하였다.

개발된 Fe4GeTe2의 특성을 측정한 결과 이 물질이 강자성을 나타내는 온도는 0-10℃로, 기존 2차원 자석이 영하 200-영하 50℃ 부근에서 자성을 띠는 데 비해 매우 높았다. 수 나노미터 두께 층으로 떼어냈을 때도 강자성이 그대로 유지됐고, 스핀 상태가 열에 쉽게 변하지 않아 스핀 정보 보존에 유리하다. 또한 다른 2차원 물질과 쉽게 결합할 수 있다는 장점도 있어 향후 서로 다른 2차원 물질을 접합해 만들어질 스핀정보소자 연구에 활용이 기대된다.이수진 기자



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