IBS 연구진, 세계최초 고체표면 단일원자 특성 관찰 성공

원자의 핵스핀과 초미세 상호작용 측정…사이언스 게재

단일 원자의 핵스핀 측정 연구 모식도

[아시아경제 김철현 기자] 기초과학연구원(IBS)은 양자나노과학 연구단 안드레아스 하인리히 단장(이화여대 교수) 연구팀이 미국 IBM 알마덴연구소와 공동으로 고체표면 위에 놓인 단일 원자의 특성을 정밀하게 관찰할 수 있는 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 이번 연구 성과는 사이언스 온라인판에 이날 게재됐다.

IBS 연구진은 주사터널링현미경(STM)과 전자스핀공명(ESR) 기술을 결합, 정밀도를 1만배 높여 자기공명영상(MRI)으로 신체 내부를 진단하듯 고체표면 위 원자 한 개의 '핵스핀'을 측정했다. 핵스핀은 원자핵 자성의 기본단위다. 연구진은 단일원자의 핵스핀 측정에 성공한 이번 연구를 통해 하나의 원자가 정보를 오랫동안 저장하는 메모리 단위로 쓰일 수 있다는 가능성을 확인했다고 설명했다. 또한 연구진은 고체 기판 위 원자가 놓인 위치에 따라 소자의 전자기적 특성이 달라지는 것도 확인했다. 이는 향후 개별 원자가 저장장치이자 회로가 되는 차세대 전자소자 설계에 핵심원리로 사용될 수 있을 것으로 보인다.

이번 연구성과는 향후 양자정보를 저장하고 연산하는 양자컴퓨팅용 소재를 선별하는 기술로 응용될 수 있다는 점에서 주목 받고 있다. 고체기반 차세대 전자장치 설계에도 새로운 방향성을 제시한 것으로 평가된다. 안드레아스 하인리히 연구단장은 "이번 연구는 다수의 원자의 특성을 토대로 쓰인 기존 물리학적 지식을 검증할 수 있는 기술 기반을 마련했다는 의미가 있다"며 "현존하는 물리 이론을 뛰어넘는 새로운 소재를 발굴하는 연구에 돌파구 제시한 셈이다"라고 했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr