소식

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스핀트로닉스 분야에서는 자기 스커미온을 기반으로 한 스핀트로닉스 소자가 고용량, 고속, 저전력 소모 등 미래 소자의 성능 요구사항을 충족할 것으로 기대된다.

그러나 자기 스커미온은 실제 장치의 적용에 있어 많은 어려움에 직면해 있으며, 그 중 스커미온 생성 및 소멸을 효율적으로 제어하는 ​​것이 주요 문제 중 하나입니다.

이 문제를 해결하기 위해 Sun Yat-sen University 물리학과의 Hou Yusheng 부교수 연구 그룹은 제1원리 계산을 사용하여 CrYX(Y = S, Se, Te; X = Cl, Br, I)를 계산했습니다. 본질적인 Dzyaloshinskii-Moriya 상호작용에 기초한 단층 외부 자기장이 자기 천공의 출현을 유도할 수 있다는 것이 야누스 자성 물질에서 발견되었습니다[1].

사진 | Hou Yusheng (출처: Hou Yusheng)

이를 바탕으로 그들은 2차원 강유전성 물질의 비휘발성 분극 특성을 고려하고 2차원 반데르발스 다체 이종접합에서 자기 천공을 제어하기 위한 이론적 체계를 제안했습니다.

2년간의 탐구와 연구 끝에 그들은 CrSeI와 In 2 Te 3 로 구성된 2차원 반데르발스 다체 이종접합에서 고유 자기 스커미온 상태와 강자성 상태 사이의 전환을 발견했습니다.

동시에, 다른 2차원 다강 이종접합에서 자기 스커미온을 찾고 조절하는 데 도움을 주기 위해 그들은 자기 스커미온의 범위를 정확하게 정의할 수 있는 간결한 설명자를 제안했습니다.

최근에는 "Switching Intrinsic Magnetic Skyrmions with Controllable Magnetic Anisotropy in van der Waals Multiferroic Heterostructures"라는 제목의 관련 논문이 Nano Letters[ 2]에 게재되었으며, 이번 호 표지논문으로 선정되었습니다.

Sun Yat-sen University의 석사과정 학생인 Wang Zequan이 제1저자이고 Hou Yusheng이 교신저자를 맡고 있습니다.

그림 | 관련논문 (출처: Nano Letters)

리뷰어 중 한 명은 2차원 반데르발스 다중강 이종접합 CrSeI/In 2 Te 3에서 고유 자기 천공의 발견과 고온 강자성 상태의 전환을 "매우 흥미롭다"고 간주했습니다.

동시에, 이 리뷰어는 논문에서 제안한 자기 스커미온 설명자가 널리 연구된 2차원 반데르발스 다중강 이종접합에서 자기 스커미온을 조작하기 위한 "유용한 가이드" 역할을 할 수 있다고 논평했습니다.

또 다른 평론가는 제어 가능한 자기 이방성을 이용하여 2차원 반 데르 발스 다중강 이종 접합에서 자기 천공을 제어하기 위해 이번에 제안한 이론적 방식이 참신하다고 믿고 있습니다.

(출처: 나노레터스)

몇 년 안에 이 이론적 결과는 잠재적인 실제 적용 가능성을 갖게 될 것입니다.

첫 번째 응용 프로그램은 트랙 메모리입니다.

자기 천공의 생성과 소멸을 정밀하게 제어함으로써 극도로 높은 저장 밀도를 갖는 경주용 메모리를 설계하는 것이 가능합니다.

이러한 종류의 메모리는 자기 스커미온의 위상적 안정성을 활용하여 정보의 장기 저장을 달성하는 동시에 자기 스커미온의 이동성을 활용하여 정보의 빠른 읽기 및 쓰기를 달성합니다.

이는 정보 저장의 밀도와 속도를 크게 높이고 미래 데이터 저장을 위한 새로운 솔루션을 제공할 것입니다.

두 번째 응용 분야는 논리 게이트 장치입니다.

자기 천공을 기반으로 한 논리 게이트 장치를 설계하면 정보의 신속한 처리 및 전송이 가능합니다.

이러한 종류의 논리 게이트 장치는 자기 천공의 위상적 안정성과 이동성을 사용하여 정보에 대한 논리적 연산을 구현하며, 이는 컴퓨팅 회로에 새로운 가능성을 제공할 수 있습니다.

동시에, 그들이 제안한 자기 스커미온 설명자는 2차원 물질에서 자기 스커미온의 동작을 보다 정확하게 예측하고 조절할 수 있으며, 이는 더 나은 성능을 갖춘 자기 스커미온 장치 설계에 유리합니다.

(출처: 나노레터스)

현재 연구를 바탕으로 후속 연구에 대한 명확한 계획을 갖고 있다.

한편, 특수 스핀 구조인 자기 스커미온은 스핀트로닉스 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

한편, 고엔트로피 재료는 높은 조정성, 높은 전도성, 높은 내식성 등 우수한 성능 특성으로 인해 공학 분야에서 널리 연구 및 적용되어 왔습니다.

그들은 자기 스커미온과 고엔트로피 물질의 결합에 대한 연구가 독특한 과학적 연구 가치를 가질 뿐만 아니라 광범위한 응용 전망을 가지고 있다고 믿습니다.

따라서 연구팀은 고엔트로피 물질에서 자기 천공의 안정적인 존재와 조절에 대해 더 연구할 예정이다.

외부 자기장, 전기장, 온도 등과 같은 다양한 수단을 통해 자기 스커미온의 동적 거동을 정밀하게 제어하여 고엔트로피 물질에서 자기 스커미온의 조절 메커니즘을 밝히고자 합니다.

연구팀은 고엔트로피 물질의 우수한 특성을 결합해 자기 천공을 기반으로 한 새로운 복합재료를 개발할 예정이다. 이러한 재료는 더 나은 성능, 더 낮은 비용 및 더 넓은 응용 가능성을 가질 것으로 예상됩니다.

참고자료:

1. Yusheng Hou, Feng Xue, Liang Qiu, Zhe Wang, Ruqian Wu, Npj Computational Materials, 8, 120(2022)

2. Wang, ZQ, Xue, F., Qiu, L., Wang, Z., Wu, R., & Hou, Y. (2024). van der Waals 다중 강자성 이종 구조에서 제어 가능한 자기 이방성을 가진 고유 자기 스카이르미온 전환. Nano Letters, 24(14), 4117-4123.

조판: He Chenlong, Liu Yakun

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