우성훈 한국과학기술연구원(KIST) 박사와 홍정일 대구경북과학기술원(DGIST) 교수(DGIST-LBNL 신물질연구센터장) 등이 참여한 공동연구진은 '스커미온'(Skyrmion)의 독특한 움직임을 실제로 관측, 이를 이용한 광대역 통신소자의 개발 가능성을 확인했다고 29일 밝혔다.

2009년 발견된 스커미온은 전자의 스핀(spin·회전과 유사한 전자의 양자역학적 상태로, 자성(磁性)과 관련이 있음)이 소용돌이 모양으로 배열된 구조체다.

지금껏 이를 메모리 소자에 적용하려는 연구가 활발했지만, 최근에는 스커미온의 독특한 움직임인 '스커미온 호흡운동'(Skyrmion Breathing)을 이용하면 통신소자도 구현할 수 있다는 예측이 나왔다. 스커미온 호흡운동은 외부 신호에 따라 스커미온의 크기가 변하며 고주파 신호를 발생하는 움직임이다.

연구진은 이번 연구에서 X선 촬영기법을 이용, 스커미온의 호흡운동을 1ns(나노초·1ns=10억 분의 1초) 단위로 관측하는 데 성공했다. 스커미온은 매우 작고 운동 속도도 빨라, 호흡운동이 실제로 관측한 적은 없었다.

우성훈 KIST 박사는 "이론으로만 제시됐던 스커미온 기반의 고효율 차세대 통신소자가 실제 가능함을 보인 연구 결과"라며 "미래 고성능 전자기기들의 효율적인 통신을 위한 차세대 통신소자 개발을 앞당기는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 KIST 기관고유사업, 미래창조과학부 창의형 융합연구사업·미래소재디스커버리사업 지원으로 수행했으며 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 24일 자에 실렸다.