(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 물리학과 김세권 교수가 독일 마인츠 대학의 리카르도 자르주엘라 박사와 공동연구를 통해 기존 마그논(스핀 파동) 개념을 뛰어넘어 3차원 공간에서도 자유롭고 복잡하게 움직일 수 있다는 '3차원 마그논 홀 효과'를 세계 최초로 예측했다고 22일 밝혔다.

복잡한 자석 구조(쩔쩔맴 자성체) 내에서 마그논(스핀파)과 솔리톤(스핀들의 소용돌이)의 상호작용이 단순하지 않고 복잡하게 설명된다는 사실을 세계 최초로 밝혀냈다고 22일 밝혔다.

전자의 움직임처럼 정보를 전달할 수 있는 마그논은 전류를 쓰지 않고 정보를 전달해 열이 나지 않는 차세대 정보 처리 기술로 주목받고 있다. 지금까지의 마그논 연구는 스핀들이 한 방향으로 가지런히 정렬된 단순한 자석에서만 이뤄졌고 이를 설명하는 수학도 비교적 단순한 '가환(Abelian) 게이지 이론'이었다.

연구팀은 복잡한 자성 구조(쩔쩔맴 자성체)와 같은 스핀 구조에서는 마그논이 여러 방향에서 복잡하게 상호작용하고 얽히며, 이 움직임에 기존보다 한 차원 높은 수학인 '비가환(non-Abelian) 게이지 이론'이 적용된다는 사실을 처음으로 입증했다.

이번 연구는 향후 마그논을 이용한 저전력 논리소자, 토폴로지 기반 양자 정보 처리 기술 등에 응용될 수 있는 가능성을 제시함으로써 미래 정보기술의 판도를 바꿀 가능성을 보여주고 있다고 KAIST는 설명했다.

김세권 교수는 "쩔쩔맴 자성체의 복잡한 질서 속에서 발생하는 마그논의 동역학을 설명할 수 있는 강력한 이론적 틀을 제시했다"며 "비가환 마그노닉스를 최초로 제시함으로 양자 자성 연구 전반에 영향을 줄 수 있는 개념적 전환점이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 물리 분야 국제 학술지 '피지컬 리뷰 레터스'에 게재됐다.

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