KAIST, 자석 속 ‘스커미온’ 형성 원리 규명

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 자석 속 전자 스핀이 소용돌이처럼 배열된 ‘스커미온(skyrmion)’의 형성 원리를 규명했다.

한국과학기술원(KAIST)는 물리학과 김세권 교수 연구팀이 자성과 격자의 결합(자기-탄성 결합)만으로 소용돌이형 자성 구조가 자연스럽게 만들어질 수 있다는 새로운 이론을 제시했다고 19일 밝혔다.

자기-탄성 결합은 자성(스핀)과 원자 배열의 변형이 서로 영향을 주고받는 현상으로 거의 모든 자성체에서 나타나는 기본적인 물리적 성질이다.

연구팀은 이러한 결합이 충분히 강해지면 원래 일정한 방향으로 정렬돼 있던 자성의 기본 상태(바닥상태)가 스스로 불안정해지며 새로운 소용돌이형 질서로 전환될 수 있음을 보였다.

특히 이 과정에서 스핀의 기울어짐과 격자 왜곡이 동시에 발생하며 스커미온과 반스커미온이 번갈아 배열된 ‘카이랄 스핀 구조’가 형성된다는 새로운 메커니즘을 제시했다.

김세권 교수는 “이번 연구는 특정한 특수 상호작용이 없어도 스커미온 같은 자성 구조가 형성될 수 있음을 보여준 것으로, 특히 최근 연구가 활발한 2차원 자성 물질에서도 이러한 구조를 구현할 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.