[ 시티저널 허송빈 기자 ] KAIST가 물리학과 조성재 교수 연구팀이 그래핀으로 자기장·자성체 없이 스핀 전류를 생성·검출하는 실험에 성공해 차세대 그래핀 스핀 트랜지스터 개발의 토대를 마련했다고 18일 밝혔다.

조 교수 연구팀은 그래핀에 스핀-궤도 결합이 매우 큰 전이 금속이자 디칼코게나이드 물질인 2H-TaS2를 접합시켜 그 인접 효과로 그래핀의 스핀-궤도 결합을 100배 이상 증가시키는 데 성공했다.

이어 '라쉬바 효과'를 유도하는데에도 성공했다.

라쉬바 효과는 강한 스핀 궤도 결합으로 그래핀과 같은 2차원 물질 내부의 전기장이 자기장으로 전환되는 효과를 의미한다.

이를 이용해 스핀 전류를 생성, 검출하는 효과를 '라쉬바-에델스타인 효과'라고 부르며, 이번 연구에서는 이 효과를 그래핀에서 최초로 구현했다.

라쉬바 효과를 그래핀에 유도하면, 라쉬바-에델스타인 효과로 전하 전류와 스핀 전류가 상호 전환이 가능하다.

자기장이나 자성체 없이 그래핀에 전류를 흘려줌으로써 스핀 전류를 생성시킬 수 있고, 그래핀 층에 흘러들어오는 스핀 전류를 전하 전류 혹은 전압 측정을 통해 검출할 수 있다.

이와 함께 조 교수 연구팀은 트랜지스터의 단자 사이에 인가되는 전압인 게이트 전압으로 그래핀 이종 접합을 생성하는 스핀 전류의 크기와 방향을 제어하는데 성공했다.

이는 추후 자기장, 자성체 없이 동작 가능한 그래핀 스핀 트랜지스터의 초석을 마련한 획기적인 연구 성과로 평가 받는다.

리준리 박사 후 연구원이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 에이씨에스 나노 (ACS Nano) 4월 8일 자 온라인판에 게재됐다.