IBS, 고체표면에 놓인 단일원자 특성 정밀관찰…세계 최초
- (대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자
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기초과학연구원(IBS)은 양자 나노과학 연구단(단장 안드레아스 하인리히)이 미국 IBM 알마덴연구소와 함께 고체 표면 위에 놓인 단일 원자의 특성을 정밀하게 관찰할 수 있는 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.
양자컴퓨터, 초소형 컴퓨터 등 차세대 정보 처리장치 구현을 위해서는 정보를 저장하는 단위를 줄여야 한다.
핵스핀은 유력 초소형 메모리 후보지만 현재까지 정확한 특성이 밝혀지지 않았다.
원자의 핵스핀이 내는 에너지는 매우 약하기 때문에 현재까지 수백만 개 원자핵들의 신호를 한꺼번에 읽어서 특성을 유추할 수밖에 없었던 것이다.
핵스핀은 자성의 기본 단위를 말한다. 자성을 갖는 원자핵은 일종의 막대자석에 비유할 수 있다. 자전하며 위(↑)나 아래(↓)로 자기장을 형성한다.
IBS 연구진은 주사터널링현미경(STM)과 전자스핀공명(ESR) 기술을 결합해 에너지분해능(정밀도)을 1만배 높이고, 자기공명영상(MRI)으로 신체 내부를 진단하듯 고체표면 위 원자 한 개의 핵스핀을 측정할 수 있었다.
연구진은 또 고체 기판 위 원자가 놓인 위치에 따라 소자의 전자기적 특성이 달라지는 것을 확인했다.
연구진은 이를 향후 개별 원자가 저장장치이자 회로가 되는 차세대 전자소자 설계에 핵심 원리로 사용될 수 있다고 설명했다.
이번 연구 성과는 향후 양자 정보를 저장하고 연산하는 양자 컴퓨팅용 소재를 선별하는 기술로 응용될 수 있다.
원자가 메모리면서 회로가 되는 고체기반 차세대 전자장치 설계에도 새로운 방향성을 제시한 것으로 평가된다.
하인리히 연구단장은 “이번 연구는 다수의 원자의 특성을 토대로 쓰인 기존 물리학적 지식을 검증할 수 있는 기술적 토대를 마련했다는 의미가 있다”며 “현존하는 물리 이론을 뛰어넘는 새로운 소재를 발굴하는 연구에 돌파구를 제시한 셈”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 ‘사이언스(Science, IF 41.058)’ 온라인 판에 19일 오전 3시(한국시간)에 게재됐다.
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