KAIST-獨마인츠대, 자석으로 전류없이 정보 전달 가능한 마그논 이론 모델 최초 규명
로봇과 인공지능(AI)은 모두 정보처리 바카라사이트 가입에 근간을 두고 있다. 그리고 지금까지 개발된 컴퓨터 시스템은 모두‘전자의 움직임’에 바탕을 두고 있었다. 이에 과학바카라사이트 가입계에선 전류 없이 자력(磁力)을 이용해 정보 전달이 가능한 시스템 역시 연구 중이며, 주목받는 것 중 하나가 ‘마그논’이다. 자력에 따라 회전하거나 파동을 일으키는 ‘준입자(입자처럼 행동하는 객체)’를 뜻하는 말로, 이를 이용해 마치 컴퓨터 연산장치처럼 정보를 계산하거나 저장하는 일이 가능해진다는 이론이다.
이런 일이 가능하려면 물리 현상인‘마그논 홀 효과’가 일어나야 하는데, 지금까지 2차원 평면 구조에서만 가능하다고 알려져 있었다. 만약 마그논이 3차원 공간에서 활용 가능하다면 입체적 회로 등 자유로운 설계부터 인간의 뇌 정보와 같이 차세대 뉴로모픽(뇌 모사형) 연산 구조 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 차세대 컴퓨팅 바카라사이트 가입인 양자 정보 처리 바카라사이트 가입에도 적용할 수 있다. 또 동작 중에 열(熱)이 발생하지 않아 전력효율이 높은 고효율 연산장치 개발로도 이어질 수 있다. 이른바 미래 정보바카라사이트 가입의 판도를 바꿀 가능성이 높은 바카라사이트 가입로 여겨진다.
이런 난제를 한국과 독일 공동 연구진이 마침내 풀어냈다. 한국과학바카라사이트 가입원(KAIST) 물리학과 김세권 교수팀은 독일 마인츠 대 ‘리카르도 자르주엘라’ 박사팀과 공동연구를 통해, 기존에 마그논 개념을 뛰어넘어, 3차원 공간에서도 자유롭고 복잡하게 움직일 수 있다는 3차원 마그논 홀 효과를 세계 최초로 예측하는데 성공했다고 22일 밝혔다.
연구진은 이번 연구를 통해 복잡한 자석 구조(topologically textured frustrated magnets, 일명 쩔쩔맴 자성체) 내에서 마그논(스핀파)과 솔리톤(스핀들의 소용돌이)의 상호작용이 단순하지 않고 복잡하게 설명된다는 사실을 세계 최초로 밝혀냈다.
전자의 움직임처럼 정보를 전달할 수 있는 마그논(스핀 파동)은 전류를 쓰지 않고 정보를 처리할 수 있다. 지금까지의 마그논 연구는 스핀들이 한 방향으로 가지런히 정렬된 단순한 자석에서만 이루어졌고 이를 설명하는 수학도 비교적 단순한 ‘가환(Abelian) 게이지 이론’이었다.
연구팀은 쩔쩔맴 자성체와 같은 복잡한 구조에서는 마그논이 여러 방향에서 복잡하게 상호작용하고 얽히며 이 움직임은 기존보다 한 차원 높은 수학적 기법인 ‘비가환(non-Abelian) 게이지 이론’을 적용해 세계 최초로 입증했다. 검증 결과 쩔쩔맴 자성체 내 마그논의 질서를 쿼터니언(quaternion, 3차원 벡터 공간에서 회전을 표현하는 수학적 개념)으로 표현되어야 하고, 그 결과 마그논에 적용되는 힘 역시 다시금 계산할 필요가 있다는 사실을 규명했다.
연구진은 “이런 현상은 쩔쩔맴 자성체 안에는, 세 가지 종류의 마그논이 존재하며, 이들 각각이 복잡하게 얿혀 상호작용하게 된다는 의미”라고 설명했다.
김세권 KAIST 교수는 “이번 연구는 쩔쩔맴 자성체의 복잡한 질서 속에서 발생하는 마그논의 동역학을 설명할 수 있는 강력한 이론적 틀을 제시한 것”이라며 “양자 자성 연구 전반에 영향을 줄 수 있는 개념적 전환점이 될 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 독일 물리 분야 세계적인 학술지 `피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’5월 6일 자로 게재됐다. 제 1저자는 마인츠대 리카르도 자르주엘라(Ricardo Zarzuela) 박사 맡았다. 한국연구재단 해외우수과학자 유치사업 플러스(브레인 풀 플러스)의 지원을 받았다.
