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독일 요하네스 구텐베르크 마인츠 대학(Johannes Gutenberg University Mainz)과 일본 도호쿠 대학(Tohoku University)의 연구진은 스핀 전류를 활용할 수 있는 새로운 효과를 발견했고, 이것은 스핀트로닉스 구성요소의 설계를 매우 단순화시킬 것이다. 컴퓨터를 실행하고 얼마 지나지 않아서 열이 발생한다. 이 열은 전류의 바람직하지 않는 부작용이다. 생성된 열은 에너지를 소모하기 때문에 바람직하지 않다. 우리가 알고 있는 전구도 이런 효과를 이용한다. 반면에 LED에 사용되는 에너지는 거의 대부분 조명으로 사용되기 때문에 뜨겁지 않다. 따라서 LED는 기존의 백열전구보다 훨씬 에너지 효율적이다. 대전된 입자로 구성된 전류 대신에 스핀을 가진 입자의 흐름을 사용해서 계산을 수행할 수 있다. 가장 큰 차이점은 열이 발생하지 않는다는 것이다. 따라서 이 프로세스는 훨씬 더 에너지 효율적이다. 이번 연구진은 이러한 스핀 전류를 사용할 수 있는 기초를 마련했다. 스핀 전류의 개념을 특정 물질에 적용했다. 두뇌는 헤아릴 수 없는 양의 정보를 처리하지만 그 과정에서 열을 내지 않으므로 자연은 우리보다 앞서있다. 스핀 전류가 얼마나 잘 흐르는지는 물질에 따라 다르다. 스핀 전류는 강자성 물질에서 항상 잘 흐르지만 반강자성 물질에서는 낮은 저항을 가진 상태와 높은 저항을 가진 상태가 번갈아 발생한다. 이번 연구에서는 자기장과 온도를 이용해서 스핀 전류를 제어할 수 있는 방법을 찾았다. 상전이 온도 근처에서 재료에 작은 자기장을 인가했다. 인가된 자기장은 스핀 전류가 재료를 통해서 쉽게 전달될 수 있도록 스핀 전류의 방향을 변화시키지만, 온도는 올리지 않는다. 따라서 저항과 전류의 흐름은 수십 배로 크게 변한다. 스핀 거대 자기 저항(spin colossal magnetoresistance)이라고 불리는 이 효과는 스핀 전류를 이용하는 스핀트로닉스 디자인을 크게 단순화시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 또한 이것은 하드 디스크와 같은 저장 장치에 특히 유용하다. 예를 들어, 이 효과는 스핀 전류 스위치와 스핀 전류 기반의 저장 매체를 만드는데 활용될 수 있을 것이다. 조명을 전구에서 LED로 전환함으로써 전기량을 크게 줄일 수 있었다. 백열전구에서 소비되는 전기의 대부분은 열로 소산된다. 이제는 컴퓨터 구성요소도 이와 유사하게 변화시킬 필요가 있다. 지금까지는 대부분 전기로 구동되고 불필요한 열을 발생시켰다. 스핀 전류를 사용한다면 컴퓨터와 기타 유사한 장치들은 훨씬 더 에너지 효율적으로 작동될 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Nature Materials에 ldquo;Spin colossal magnetoresistance in an antiferromagnetic insulator rdquo; 라는 제목으로 게재되었다. |
