미국 IBM 알마덴연구소와 기초과학연구원(IBS) 양자나노과학 연구단은 고체 표면 위에 있는 원자의 전자스핀(spin)을 정확하게 제어할 수 있는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
연구진은 산화마그네슘(MgO) 표면 위에 타이타늄(Ti) 원자를 올려 두고 주사터널링현미경(STM)으로 마이크로파 펄스를 나노 초(10억분의 1초) 단위로 순간적으로 가했다. 이 마이크로파 펄스를 이용해서 스핀 상태를 제어했고 이후 나타나는 전류의 변화를 바탕으로 특성을 측정했다.
스핀은 원자핵 또는 전자의 자전으로 인한 각운동량 단위로 자성(磁性)과 관련 있다. 스핀은 양자컴퓨터·초소형컴퓨터 등 차세대 정보처리 장치를 위한 초소형 메모리 후보로 꼽힌다. 히지만 아직 정밀하게 제어하지 못하고 있다.
연구진은 지난해 10월 마이크로파를 연속 투사해 단일 원자의 핵스핀을 관찰하는 방법을 '사이언스'에 보고한 바 있다. 하지만 원자 스핀 방향이 계속 변한다는 단점이 있었다.
안드레아스 하인리히 IBS 단장(이화여대 물리학과 석좌교수)은 "원자의 스핀 상태가 계속 변하기 때문에 그간 정확한 관측이 어려웠는데, 이제 스핀을 정확히 조절할 수 있게 돼 원자를 원하는 상태로 설정·관측할 수 있게 됐다"고 설명했다.
또 "이번 연구는 표면 위 원자의 양자 시스템을 제어하는 데 중요한 발판이 된다"며 "이 시스템을 양자 컴퓨팅의 큐비트(qubit : 양자정보 기본단위)에 활용할 수 있기를 기대한다"고 말했다. 이번 연구성과는 국제학술지 '사이언스'에 게재됐다.
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