전남대 김태훈 교수, 응력을 통한 나선형 자기 구조 제어··· 스트레인트로닉스 원리 규명

전남대학교 김태훈 교수(신소재공학부)

[복지TV호남방송] 전남대학교 김태훈 교수(신소재공학부)가 미국 에임스 국립연구소, 아이오와 주립대와의 국제 공동연구를 통해 외부 자기장 없이 응력만으로 나선형 자기 구조(helical magnetic phase)를 제어하는 새로운 물리 메커니즘을 규명하였다.

본 연구는 로렌츠 투과전자현미경(Lorentz Transmission Electron Microscopy, LTEM)을 이용하여, 자기 위상 결함(topological magnetic defects)이 응력 하에서 어떻게 나선 자기구조의 방향을 바꾸는지를 실시간으로 관찰한 최초의 사례로, 기존에는 이론적으로만 제안되었던 현상을 실험적으로 정량 입증하였다.

특히, 본 연구에서는 나선 자기 위상의 방향 벡터(Q-vector)가 응력 방향과 이루는 각도에 따라 임계 응력(critical stress)이 달라지고, 위상 결함의 “절단-재결합(break-and-reconnect)” 또는 “전위 활주-소멸(dislocation gliding-annihilation)”과 금속의 소성변형과 유사하면서도 특이한 자기 구조 전환 기전이 발생함을 밝혀냈다. 나아가, 이러한 현상은 응력 유도 Dzyaloshinskii-Moriya 상호작용(DMI)의 이방성(anisotropy)에 의해 주도된다는 사실을 시뮬레이션 및 해석 모델을 통해 정량적으로 입증하였다.

이 연구는 자성 재료를 외부 자기장 없이 제어할 수 있는 차세대 ‘스트레인트로닉스(straintronics)’ 기반 기술의 원리 규명이라는 점에서 학문적·기술적 의미가 크며, 향후 초저전력 스핀트로닉스 소자, 고밀도 비휘발성 메모리, 뉴로모픽 연산 소자 등의 구현에 중요한 기반이 될 것으로 기대된다.

이번 연구 성과는 물리학 분야 세계 최고 권위의 학술지인 ‘피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters, 영향력지수 8.1, JCR 상위 7.1%)’에 2025년 4월호에 게재됐다.