이근식 UNIST 교수(사진 오른쪽)가 김은미 연구원(왼쪽)과 새로운 다강체에 대해 논의하고 있다. [UNIST 제공]

[헤럴드경제(울산)=이경길 기자] 울산과학기술원(UNIST·총장 정무영)는 자연과학부의 이근식 교수팀이 미국 버클리대의 씨엔짱(Xiang Zhang) 교수팀과 공동으로 ‘새로운 개념의 이종(二種)다강체 구현’ 가능성을 입증했다고 4일 밝혔다.

자기성이 강한 물질과 전기적 성질이 강한 물질을 화학결합으로 단단하게 묶어 두 성질의 상관관계를 높이는 방식이다. 공동연구진이 이론적 계산으로 증명한 이 방식에서는, 반데르발스 힘에 의한 화학결합을 이용한다.

공동연구진은 이차원 강자성체와 강유전체를 층상구조로 결합시킨 ‘비(非)공유결합 이종다강체’의 개념을 설계하고, 그 특성을 이론적으로 증명했다. 새로운 이종다강체의 경우 두 물질이 만나는 경계면에서도 전기장을 통해 자기적 성질을 충분히 제어할 수 있다는 게 확인됐다.

이 때 연구진이 가정한 힘은 일반적으로 두 물질을 화학적으로 결합할 때 쓰이는 공유결합이 아닌 반데르발스 힘이었다. 반데르발스 힘은 전하의 일시적 쏠림으로 인해 분자가 순간적으로 극성을 띠면서 나타나는 당기는 힘(인력)과 미는 힘(척력)을 뜻한다.

이번 연구에서는 반데르발스 힘을 통해 ‘크롬 화합물(CrGeTe₃)’ 강자성과 ‘인듐화합물(In₂Se₃)’의 강유전성이 결합될 수 있음을 보였다. 강자성체의 자기적 성질을 결정하는 스핀(spin) 방향과 강유전체의 특징인 전기쌍극자(electric dipole)가 상호작용을 하기 때문이다. 이 경우 외부에서 전기장을 조정하면 크롬 복합물의 자기적 성질을 조절할 수 있다.

이근식 교수는 “층상구조 강유전체와 강자성체를 반데르발스 힘으로 화학결합해 기존에 비해 매우 큰 값으로 자기적 성질을 변화시킬 수 있다는 걸 이론적으로 증명했다”며 “이를 실제로 구현할 경우 자성 메모리 소자 등 나노 소자 개발에 큰 파급효과를 가져올 것”이라고 말했다.

이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 6월14일자로 게재됐으며, 교육부 기본연구과제와 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 지원으로 수행됐다.

hmdlee@heraldcorp.com