기초과학연구원(IBS) 양자나노과학 연구단 안드레아스 하인리히 단장팀과 미국 IBM 알마덴연구소로 이뤄진 국제공동연구팀이 고체표면 위에 놓인 단일 원자의 특성을 정밀하게 관찰할 수 있는 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.
원자의 핵스핀(자성을 갖는 원자핵)이 내는 에너지는 매우 약해서 지금까지는 수백만 개 원자핵들의 신호를 한꺼번에 읽어 특성을 유추할 수밖에 없었다.
연구진은 주사터널링현미경(STM)과 전자스핀공명(ESR) 기술을 결합해 에너지분해능(정밀도)을 1만배 높여서, 자기공명영상(MRI)으로 신체 내부를 진단하듯 고체표면 위 원자 한 개의 핵스핀을 측정했다.
이를 통해 하나의 원자가 정보를 오랫동안 저장하는 메모리 단위로 쓰일 수 있다는 가능성을 확인했다.
양자컴퓨터, 초소형컴퓨터 등 차세대 정보처리장치 구현을 위해서는 정보를 저장하는 단위를 줄여야 한다. 핵스핀은 유력 초소형 메모리 후보로 꼽힌다.
연구진은 “고체 기판 위 원자가 놓인 위치에 따라 소자의 전자기적 특성이 달라짐을 확인했다”며 “향후 개별 원자가 저장장치이자 회로가 되는 차세대 전자소자 설계에 핵심 원리로 사용될 것”이라고 설명했다.
또 “향후 양자정보를 저장·연산하는 양자컴퓨팅 분야에 응용될 가능성이 높다”고 덧붙였다.
안드레아스 하인리히 연구단장은 “원자가 메모리이자 회로가 되는 고체기반 차세대 전자장치 설계에 새로운 방향성을 제시했다”며 이번 연구의 의의를 설명했다.
이번 연구성과는 국제학술지 ‘사이언스’ 19일자 온라인판에 게재됐다.
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