반-스커미온 홀 효과 제어와 가산-감산 연산자로의 응용
스커미온은 효과적인 정보 전달 운반자인 동시에 위상학적 안정성 덕분에 최근 스핀트로닉스 분야에서 많은 각광을 받았다. 스커미온 기반 소자 개발을 위해서는 스커미온의 움직임을 유동적으로 제어할 수 있어야 한다. 그러나 이러한 기술 개발에 제약이 있는데, 바로 스커미온 홀 효과 때문이다. 스커미온 홀 효과란 스커미온을 구동시키는 전류의 방향에 수직한 방향으로 스커미온들이 휘어지는 현상을 말한다. 스커미온 홀 효과로 인해 스커미온의 운동이 휘어지는 각도는 전류가 커지면 극적으로 증가하여, 결국엔 스커미온의 정보 전달력을 저해시키는 치명적 단점이 된다.
본 연구에서는 전류로 구동되는 반-스커미온의 스커미온 홀 각도를 외부 자기장을 이용하여 조절할 수 있다는 새로운 관점을 시사한다. 외부 자기장은 스커미온의 내부 자화 구조를 변형하여 전류에 의한 스커미온 홀 효과를 증가 또는 감소시키며, 스커미온 홀 각도를 전적으로 상쇄시킬 수 있음을 알아내었다. 더욱이 이러한 스커미온 홀 각도 조절이라는 특이한 제어 기술력을 기반으로 반-스커미온을 이용한 감산-가산 연산기를 만들 수 있었다. 특정 수평, 수직 자기장 펄스의 조합으로 스커미온의 움직임 (여기서는 스커미온 홀 각도) 을 실시간으로 조절 가능하며, 이것으로 전류에 의해 스커미온들이 도달하는 최종 도착지가 이들의 정보를 표시하는 방식이다.
본 연구는 기존의 스커미온 홀 효과에 의한 스커미온 기반 소자의 한계를 극복하는 계기를 제공해준다. 또, 2차원 반-스커미온의 운동을 제어하는 이번 연구의 발견은 위상학적 자기 솔리톤(Soliton) 기반 소자 개발과 같은 새로운 관점을 제시한다.
작성 유무진
E-mail : dbanwls@kaist.ac.kr
참석자(ZOOM seminar): 박민규, 원운재, 이택현, 김현규, 송무준, 양지석, 지유빈, 고산