고체표면 위 단일원자 특성 관찰…원자 단위 정보저장 성큼

국내 연구진이 고체표면 위에서 '단일 원자'의 자기적 특성을 관측해, 컴퓨터 메모리 크기를 원자 단위로 획기적으로 줄일 수 있는 교두보를 마련했습니다.

기초과학연구원(IBS) 양자나노과학 연구단(안드레아스 하인리히 단장)은 미국 IBM 알마덴연구소와 공동으로 고체표면 위에 놓인 단일 원자의 특성을 정밀하게 관찰할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔습니다.

양자컴퓨터나 초소형컴퓨터 등 미래 컴퓨팅 기술의 핵심은 '정보 저장 단위'인 메모리 크기를 줄이는 것이지만, 현재의 반도체 기술과 소재로는 한계에 이른 상태입니다.

이에 따라, 물질의 가장 기본 단위인 원자 속 '핵스핀'이라는 특성이 유력한 초소형 메모리 후보로 꼽혀 왔습니다. '핵스핀'이란 자기적 성질에 따른 원자핵의 방향 변화로, 윗방향일 때와 아랫방향일 때 각각 0과 1을 대입해 정보를 저장한다는 구상입니다.

하지만 '핵스핀'이 방출하는 에너지가 워낙 작다보니, 원자 수백만 개 단위로만 측정할 수 있어 지금까지는 광학적 방법을 제외하고는 단일 원자 차원에서 '핵스핀'의 정확한 특성을 밝힐 수 없었습니다.

연구진은 이에 '주사터널링현미경'과 '전자스핀공명 기술'을 결합해 정밀도를 높이는 방식으로, 고체표면 위에 놓인 '원자 한 개'에서 핵스핀의 방향에 따라 전류가 다르게 측정되는 것을 확인했습니다.

실험에 사용된 철 원자 147개 중 5개인 3.4%의 원자에서만 핵스핀의 방향에 따라 전류가 다르게 측정되는 '초미세 갈라짐' 현상이 관측돼, 정보를 저장할 가능성이 높은 소재로 선별됐다고 연구진은 밝혔습니다.

연구진은 또, 고체표면 위에서 원자가 놓인 위치에 따라 전자기적 특성이 달라지는 것을 발견해 '단일 원자'가 회로를 만드는 데 활용될 가능성도 확인했습니다.

안드레아스 하인리히 연구단장은 "기존 물리학적 지식을 검증할 수 있는 기술적 토대를 마련했다"면서 "새로운 소재를 발굴하는 연구에 돌파구 제시한 셈"이라고 설명했습니다.

이번 연구는 이날 국제학술지 '사이언스'(Science) 온라인판에 실렸습니다.

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