국제 공동연구진이 물질의 전기적 성질에 자기적 성질이 직접 나타나는 새로운 현상을 발견했다.

이는 메모리 집적도를 높일 수 있는 원리가 될 것으로 보여 차세대 고집적 메모리 소자 및 초저전력 자기센서 개발이 크게 앞당겨질 것으로 기대된다.

이번 연구는 서울대 물리천문학부 김기훈 교수 주도로 물리천문학과 김재욱 박사(제1저자), 김승현 박사, 천세환 박사, 성균관대 물리학과 한정훈 교수 등이 공동 수행했다. 또 고자기장과 이론 연구를 위해 미국국립고자기장연구소, 럿거스 대학, 로스알라모스국립연구소가 참여했다.

전 세계적으로 전기-자기 상호작용이 자주 나타나는 다강체(多强體)를 이용해 차세대 메모리 소자를 개발하려는 연구가 활발하다. 다강체란 전기·자기적 성질이 강하게 결합된 물질로 고집적 메모리, 초저전력 자기센서 등에 응용된다.

그동안 물질 내부에서 전기성과 자성은 서로 무관하게 생성되고 간접적으로만 약하게 작용하는 것으로 알려져 있었다.

하지만 연구진은 다강체에서 N-S극 같은 자극(자석의 양쪽 끝 부분)과 전기분극이 서로 생성되는 순간부터 직접적으로 비례해 발현됨을 관찰하고 그 원리를 밝혀냈다.

연구팀은 코발트 이온이 함유된 다강체 물질(Ba2CoGe2O7)에 높은 자기장을 가해 자극이 발현되도록 조절해 줬다.

연구진이 이 특이점에서 자극과 전기분극이 초기에 생성될 때 상호관계를 측정한 결과 전기분극과 자극이 서로 정확히 비례 관계를 유지하고 있다는 점을 발견했다. 이는 다강체에서 강한 전기-자기성 결합이 작거나 미미하지 않고, 매우 크게 나타날 수 있다는 새로운 사실을 밝혀 낸 것이다.

김 교수는 "다강체의 전기적 성질에 자기 성질이 직접적으로 발현될 수 있는 미시적 근거를 밝혔다"며 "이는 고집적 메모리 소재 및 초저전력 자기센서로의 응용이 기대되는 다강체의 실용화 가능성을 한 단계 높인 것"이라고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스지 29일자 온라인판에 게재됐다.