초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
￭ 최종 목표
위상절연체와 스커미온 스핀을 가지는 물질의 이종접합 구조를 제작하여, 실 원자공간에서 스핀-운동량 고정 효과를 가지는 위상학적 표면 상태에 영향을 받는 스커미온과 나선형 자기 구역의 스핀 거동 현상을 관찰하고, 나노소자를 제작하여 특이성 있는 전자기적 수송 특성을 관찰한다.
￭ 전체 내용
1차년도 – MBD/CVD를 활용하여 고품질 위상절연체와 스커미온 스핀 구조를 가지는 물질을 제작하고, 깨끗한 계면을 가지는 두 물질의 이종접합 구조를 제작한다.
2차년도 – 제작

□ 연구개발 목표 및 내용
￭ 최종 목표
위상절연체와 스커미온 스핀을 가지는 물질의 이종접합 구조를 제작하여, 실 원자공간에서 스핀-운동량 고정 효과를 가지는 위상학적 표면 상태에 영향을 받는 스커미온과 나선형 자기 구역의 스핀 거동 현상을 관찰하고, 나노소자를 제작하여 특이성 있는 전자기적 수송 특성을 관찰한다.
￭ 전체 내용
1차년도 – MBD/CVD를 활용하여 고품질 위상절연체와 스커미온 스핀 구조를 가지는 물질을 제작하고, 깨끗한 계면을 가지는 두 물질의 이종접합 구조를 제작한다.
2차년도 – 제작된 위상절연체와 스커미온 스핀 구조를 가지는 물질의 이종접합 구조를 로렌츠 투과전자현미경 같은 장비를 활용하여 실공간 원자스케일에서 스핀 구조를 확인한다.
3차년도 - 위상절연체와 스커미온 스핀 구조를 가지는 물질의 이종접합 구조를 나노소자로 제작하여 전자기적 수송 특성을 관찰한다. 이 때, 스커미온의 검출과 스핀 동역학 변화를 관찰하기 위해 홀바구조로 제작하고 극저온 영역에서의 특이성있는 전자기 수송 특성이 있는지 확인한다.

□ 연구개발성과
연구 초기 단계에서 여러 테스트를 거친 결과, 연구과제의 핵심 재료/구조를 위상 절연체는 Bi₂Se₃ 박막으로, 스커미온 스핀 구조를 가지는 물질은 MnSi 박막으로 결정하였다. 제한된 성장 장비로 인해 이종접합 구조를 적당한 진공 환경에서 구축하는 것을 목표로 삼았고, 최종적으로 스커미온의 존재를 확인시켜주는 위상 홀 효과 (Topological Hall effect)를 보여주는 MnSi on sapphire and MnSi/Bi₂Se₃ on sapphire 구조를 제작하는 데 성공하였다.
기존 발표된 논문의 초고진공 상태에서 제작된 고품질 단결정 MnSi 박막과 비교했을 때, 적당한 진공에서 제작된 다결정 MnSi 박막에서도 스커미온이 존재하는 것을 전자기적 수송 특성의 측정으로 확인하였다. 스커미온이 발현되는 온도와 자기장 영역도 기존의 결과들과 비슷하게 관찰되었다. 이 연구결과는 Nanoscale Research Letters 2021, 16, 7에 발표되었다.
MnSi on Bi₂Se₃ 이종접합 구조는 극적인 결과를 보여주었다. MnSi와 Bi₂Se₃ 사이 계면에서 발생한 magnetic proximity 효과로 인해, Bi₂Se₃ 박막이 없는 경우와 비교하여 magnetization이 크게 증가한 것을 확인하였다. 이는 Bi₂Se₃가 비자성 물질이기에 더욱 도드라진 연구 결과라고 볼 수 있다. 이 효과는 상온까지 유지되었고, MnSi 큐리에 온도 근처에서 전하이동도와 밀도가 크게 증가한 거동 현상을 보여주어, 앞으로의 미래 스핀소자 발전에 기대된다.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
위상절연체와 스커미온 스핀을 가지는 물질은 그 자체만으로도 학문적 가치와 미래 응용성이 아주 크다. 각 물질들의 고유한 특성들이 조합된 이종접합구조에서 기대되는 물리적 특성들은 예기치 못한 흥미로운 현상들이 발견될 수 있다. 소자로서의 활용성을 깊이 있게 테스트한다면, 획기적인 정보저장매체 같은 미래 스핀트로닉스 산업에 주도적인 역할을 수행할 것이다. 연구과제의 성과는 저명 전문학술지에 개제하고 기술력이 있다고 판단되는 전략적 결과들은 특허로서 활용할 계획이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 6
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 13
• 끝페이지 ... 13