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양자점을 이용한 스핀 편극 검출

전문가 제언: ○ 지금까지의 전자 소자 기술은 반도체 내의 전하를 전기장으로 제어하면서 스핀에 관계없이 에너지 레벨이 전자로 채워진 상태와 비어있는 상태를 하나의 신호로 취급하여 정보를 처리해 왔다. 그러나 지금은 전자의 스핀과 전하를 동시에 제어함으로써 보다 빠르고 더 많은 정보를 다룰 수 있는 스핀트로닉스(spintronics)에 대한 연구가 학문적 측면뿐만 아니라 실용적 측면에서도 새로운 연구 분야로 급부상하고 있다.

○ 국내 연구진의 스핀트로닉스에 관한 연구환경은 매우 우수하다고 볼 수 있다. KAIST의 신성철, 고려대의 김성근, 연세대의 이우영 교수 등이 나노자성체의 자구구성, TMR자성물질, 자성반도체에 대하여 선도적 연구를 수행하고 있으며, 삼성에서 GMR 자기저장매체를 개발한 것을 비롯하여 국내 대학의 많은 연구자들이 나노반도체, 자성반도체 연구를 활발히 진행하고 있는 실정이므로 기초과학의 활성화를 위해 지속적인 연구로 미래성장 동력의 발판이 만들어져야 할 필요가 있다.

○ 전자가 자기장 혹은 전기장과의 상호작용에 의하여 그의 스핀 방향이 일정한 방향을 갖게 될 때 스핀 편극(spin polarization) 되었다고 말 한다. 전자의 전하와 함께 스핀상태의 정확한 신호요소를 활용하기 위해서는 스핀 방향을 검사할 신뢰할 만한 장치가 필요하다. 여기서는 양자점(QD, quantum dot)을 이용하여 단일 접점에서 양자점 접촉(QPC, quantum point contact)으로 스핀 편극을 정확하게 측정한 도교대의 Otsuka 연구팀의 스핀 편극 검출방법을 적극 활용할 가치가 있다.

○ 측정은 양자점 근처에 배치한 플런저 게이트에 전압을 인가할 때 QPC를 통한 컨덕턴스의 변화를 lock-in 신호로 변환하여 해석한 것이다. QD의 페르미 레벨에서 스핀업과 스핀다운의 상태 밀도를 측정하여 터널링비율()을 결정하고 이 비율에 따라 스핀 편극값을 결정한 것이다. 실제로 이 되어 완전히 스핀 편극된 결과를 보였다. 특히 QPC를 통한 스핀상호교환전류가 100 aA(A)로서 스핀소스에 전혀 영향을 주지 않으므로 l-s결합이나 스핀홀 효과 측정 등 스핀트로닉스 연구에 매우 유용한 도구가 될 것으로 기대하며 추천한다.

저자: Tomohiro Otsuka et.al.
자료유형: 학술정보