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Science news

국내 연구진, 비금속물질서 투명자석 성질 발견 (08.27)

홍지상 부경대 교수, 나노튜브 구조 화합물 연구
스핀트로닉스 연구와 디스플레이 광소자 응용가능

 

홍지상 교수(가운데)와 타오 후 박사(왼쪽), 아큄 하쉬미 박사과정 등 연구진.<사진=한국연구재단 제공>

▲ 홍지상 교수(가운데)와 타오 후 박사(왼쪽), 아큄 하쉬미 박사과정 등 연구진.<사진=한국연구재단 제공>


 

 국내 연구진이 비금속물질인 탄소와 질소로 된 나노튜브구조 화합물이 투명자석의 성질을 보일 수 있음을 발견했다. 투명하면서 자성을 띠는 물질은 스핀트로닉스 연구와 디스플레이를 위한 광소자로서 응용될 수 있어 주목된다.

홍지상 부경대 물리학과 교수(교신저자)와 타오 후 박사, 아큄 하쉬미 박사과정 연구원은 탄소와 질소로 된 카본나이트라이드 나노튜브가 팔걸이 의자 또는 지그재그 모양일때 자기저항소자와 자기장 센서와 같이 반쪽금속성을 가질 수 있다는 사실을 확인했다.

기존에는 물질이 자성을 띠기 위해서는 주기율표에서 금속원소인 타이타늄부터 니켈까지  3d 전이금속 원소가 포함돼야 한다고 알려져 왔다.

연구팀은 전이금속 원소가 없는 실린더 모양의 1차원 카본나이트라이드 나노튜브구조에서 다양한 크기와 기하학적 구조를 가지는 경우에 나타나는 자기적, 광학적 성질을 제일원리 계산방법을 이용해 연구를 수행했다.

연구를 통해 기하학적 모양에 따라 자기적 성질이 달라진다는 사실을 발견했으며, 팔걸이 의자 구조에서는 크기에 상관없이 한쪽 전자의 스핀성분이 반쪽금속성을 보인다는 결과를 얻었다.

반쪽 금속성을 지닌 물질은 전원이 꺼져 있어도 정보가 그대로 저장되는 비휘발성 메모리 소자로 활용이 가능하다. 이런 반쪽금속성은 주로 호이즐러 합금계열, 페로브스카이트 산화물처럼 특수한 경우 3d 전이금속에서 나타나는 것으로 알려져 있다.

이번 연구 결과로 스핀트로닉스 연구를 위한 새로운 접근방법을 제시할 것이라는게 연구진의 설명이다. 또 투명한 성질을 이용해 디스플레이 소자로의 응용연구로 이어질 전망이다.

홍 교수는 "한가지 물질에서 자기적 특성과 광학적 특성을 동시에 보일 수 있는 구조에 대한 이론을 제시한 것"이라고 의미를 부여하며 "연구가 시작단계로 추가연구를 진행해 선도적인 결과를 지속 발표하겠다"고 말했다.

한편 이번 연구는 교육부와 한국연구재단이 지원하는 일반연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐으며 연구결과는 네이처출판그룹이 발생하는 국제학술지 사이언티픽 리포트지 온라인판 8월 14일자에 게재됐다.

 

원통형 모양 나노튜브의 구조 모식도.<이미지=한국연구재단 제공>

▲ 원통형 모양 나노튜브의 구조 모식도.<이미지=한국연구재단 제공>