스핀전자소자 후보물질 '교자성'…GIST, 실험적 단서제시

광주과학기술원 이종석 교수 연구팀이 규명

[광주=뉴시스] 응력 제어를 통한 루테늄 산화물(RuO2) 박막의 교자성 성질 발현 설명 모식도. (이미지=광주과학기술원 제공) 2026.03.17. 2026.03.17. [email protected]

[광주=뉴시스]이창우 기자 = 광주과학기술원(GIST) 연구진이 이론적으로만 제기돼 온 새로운 자성 상태인 '교자성(altermagnetism)'의 실험적 단서를 초박막 물질에서 확인했다.

GIST는 물리·광과학과 이종석 교수 연구팀이 미네소타대학교 연구진과 공동 연구를 통해 극도로 얇은 루테늄 산화물(RuO₂) 박막에서 교자성 특성이 나타날 수 있음을 실험적으로 규명했다고 17일 밝혔다.

교자성은 기존 강자성처럼 정보를 저장할 수 있으면서 반강자성처럼 빠르게 작동할 수 있는 새로운 자성 상태다. 차세대 스핀 기반 전자소자 후보 물질로 주목받고 있다.

연구팀은 하이브리드 분자빔 에피택시(hMBE) 공정을 이용해 루테늄 산화물을 원자층 단위로 쌓은 초박막 구조를 제작하고 두께와 내부 구조 변화를 정밀하게 제어하며 자성 변화를 관찰했다.

또 물질 내부에 응력(strain)을 가해 결정 구조를 미세하게 변형시키는 방식으로 새로운 자성 상태가 나타나는 조건을 확인했다.

그 결과 응력이 가해진 초박막 루테늄 산화물에서 기존 자석과 다른 교자성 특성이 나타날 수 있음을 확인했다.

특히 수 나노미터 두께의 초박막 상태에서도 금속의 전기 전도성을 유지하면서 극성 금속 특성과 교자성이 동시에 나타나는 새로운 물리 상태가 형성될 수 있음을 관찰했다.

[광주=뉴시스] 광주과학기술원(GIST) 물리·광과학과 이종석 교수(왼쪽)와 최인혁 박사. (사진=GIST 제공) 2026.03.17. [email protected]

연구팀은 약 500K(약 227도) 수준에서도 자성 전이가 나타나는 것을 확인해 실제 전자소자 환경에서도 활용 가능성을 제시했다고 설명했다.

이번 연구는 전자의 스핀을 활용해 정보를 처리하는 스핀트로닉스 기반 차세대 전자소자 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이 교수는 "이번 연구는 루테늄 산화물에서 논의돼 온 교자성 존재 가능성을 실험적으로 검증했다는 점에서 의미가 크다"며 "자성과 극성을 동시에 제어할 수 있는 새로운 기능성 소재 개발의 가능성을 제시함으로써 차세대 초고속·저전력 스핀 기반 전자소자 연구에 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 미국 국립과학원이 발행하는 국제학술지 'PNAS'(Proceedings of the National Academy of Sciences) 온라인에 지난 6일 게재됐다.

기술이전 관련 협의는 GIST 기술사업화실로 문의하면 된다.


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