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해외동향기술

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2차원 전자기체의 고효율 스핀 및 전하 전환 효율 연구 ndsl 상세보기

과학기술분류

재료;물리학

저자

KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

키워드

1. 스핀; 전하; 전환 2. spin; charge; oonversion

등록일

20190324

NDSL OPENAPI

초록
스핀 흐름을 만들어내고 이를 조절하여 전하로 전환하는 것은 spin caloritronics 에서 핵심 과제이다. 1990년대의 V. M. Edelstein은 2차원 시스템 전류 전달 방향은 수직 방향으로 순 스핀 흐름을 만들어낼 것이라고 예언했는데 이를 가리켜서 Edelstein효과라고 부른다. 이와는 반대로 스핀흐름을 2차원 전자시스템에 주입할 때 2차원 계면의 Rashba효과는 전자발생을 스핀 orientation과 관련된 방향으로 틀어버리면서 전기 신호를 만들어내게 되는데 이것을 가리켜서 역 Edelstein효과라고 부른다. 최근사람들은 Rashba계면에서, 2차원 재료 및 topology재료 표면 상태에서 Edelstein효과와 역Edelstein효과를 만들어내는 고효율의 스핀 흐름과 전하흐름을 전환하는 것에 관심을 갖고 있다. LaAlO3–KTaO3계면에서의 2차원 전자 기체의 도움으로, 스핀과 전자의 흐름을 서로 전환할 수 있다. 그러나, 전환 효율은 스핀 전달을 해주는 LaAlO3에 의해 많이 감소하게 된다. 그러므로 마그논에 투명한 강자성 (ferromagnetic) 절연체 사이에 샌드위치된 2차원 전자 기체를 탐색하는 것은 중요한 의미가 있다. 스핀 흐름에 대해서는 전도성을 띠고 전하의 흐름에 대해서는 절연성을 가진 강자성 EuO과 KTaO3를 가지고 에피텍셜 이종(heterogenous) 구조를 만들어서 2차원 전자 기체를 얻었다. EuO는 철자성 절연체이며, KTaO3과 계면 형성을 한다. 이로서 계면의 역 Edelstein효과를 통해서, EuO로부터 직접 스핀 흐름을 받아서 이 스핀 흐름을 전하 흐름으로 전환할 수 있었다. 스핀의 Seebeck계수가 EuO층의 두께에 크게 의존하고 있음이 관측되었고 EuO에서의 비평형 마그논의 전파 길이를 결정하였다. 이러한 연구는 spin caloritronics 분야에서, 강자성 산화물에 의해 형성된 2차원 전자 기체의 가능성을 보여준 것이다. 최근 물리연구소의 손계영(孙继荣)의 지도하에 박사 연구생 장홍서(张洪瑞)등은 열스핀 주입 방법에 의해서 2차원 전자기체의 전환 작용을 통해서 성공적으로 스핀-전하 전환 방법을 고효율로 이루어 낼 수 있다는 것을 보여주었다. 최근 장시간의 관찰과 실험을 통해서 물리연구소의 연구팀은 EuO/KTaO3자성 이차원 전자기체를 만들었다 (Phys. Rev. Lett. 121, 116803 (2018))。이는 처음으로 자성절연체/높은 K값을 갖는 절연체로 구성된 가진 새로운 2차 전자기체이다. 이번 연구는 Nano Letters 잡지(Nano Letters 19, 1605 (2019))에 실렸으며 이 연구는 과학기술부, 국가자연과학기금 프로젝트 및 중국과학원 중점 프로젝트의 지원으로 수행되었다.