물리학: 양자 홀 효과에 의해 생성된 전류는 추가적인 자기적 특성을 갖는다

양자 역학의 기본 효과인 양자 홀 효과는 전기 전류뿐만 아니라 자기 전류도 생성합니다. 이는 원자핵 주위의 궤도에서 전자의 움직임에서 발생합니다. 이는 Martin Luther University Halle-Wittenberg(MLU)의 팀이 "Physical Review Letters" 저널에 발표한 계산을 통해 입증되었습니다. 이러한 결과는 잠재적으로 저렴하고 에너지 효율적인 새로운 유형의 장치를 개발하는 데 사용될 수 있습니다.

전기는 휴대전화든 컴퓨터든 모든 유형의 전자 기기에 흐릅니다.

하지만 이 과정에서 열이 발생하고, 이는 에너지가 손실된다는 것을 의미합니다.

또한 이는 기존의 컴퓨터 칩을 무한히 작게 만들 수 없다는 것을 의미합니다.

스핀 오비트로닉스 분야에서 연구자들은 에너지 손실 없이 정보를 저장하고 처리할 수 있는 대안을 모색하고 있습니다.

기본적인 아이디어는 정보를 처리할 때 전자의 전하뿐만 아니라 스핀과 궤도 모멘트도 활용한다는 것입니다.

스핀은 전자의 고유한 각운동량이고, 궤도 모멘트는 원자핵 주위의 전자의 움직임에서 발생합니다.

MLU의 물리학자 Ingrid Mertig 교수는 "두 효과를 결합하면 더 강력하고 효율적인 새로운 장치를 설계할 수 있을 것"이라고 말했습니다.

새로운 연구의 기초는 양자 홀 효과입니다. 클라우스 폰 클리칭은 1985년 이를 발견한 공로로 노벨 물리학상을 수상했습니다.

이 효과는 전자가 매우 낮은 온도에서 매우 강한 자기장에 노출될 때 관찰됩니다.

"양자 홀 효과는 생성된 전류가 샘플의 가장자리에서만 흐르기 때문에 특별합니다. 게다가 연관된 전기 저항은 특정 값만 가질 수 있습니다."라고 Börge Göbel 박사는 설명합니다.

과학자들은 수십 년 동안 이 효과를 알고 있었지만 연구팀의 계산은 새로운 통찰력을 제공했습니다. 즉, 전자의 궤도 모멘트로 인해 에지 전류도 자기적 속성을 갖는다는 것입니다.

"미래에는 추가 정보를 전송하고 전자 장치를 보다 효율적으로 작동하는 데 사용될 수 있을 것"이라고 Göbel은 말합니다.

주목할 점은 이 새로운 효과가 양자 홀 효과에 더해 발생하며, 스핀트로닉스에서 흔히 발생하는 희귀하고 값비싼 재료와 관련이 없다는 것입니다.

괴벨과 메르티히는 이미 유럽 혁신 위원회의 "패스파인더" 프로그램에서 자금 지원을 받는 국제 연구 프로젝트 "혁신적 전자 장치를 위한 궤도 공학"(오벨릭스)의 일환으로 연구를 계속하고 있습니다.

목표는 새롭고 시장성 있는 기술을 찾는 것입니다. 이를 위해 Mertig와 Göbel은 독일, 프랑스, ​​스웨덴의 연구 기관과 협력하고 있습니다.

Mertig와 Göbel은 또한 MLU가 Freie Universität Berlin과 University of Regensburg와 함께 Excellence Strategy 기금을 신청한 계획된 "Center for Chiral Electronics"에 참여하여 스핀-오비트로닉스 분야에서 전문 지식을 제공하고 있습니다. Halle에 있는 Max Planck Institute of Microstructure Physics도 참여하고 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241217131235.htm