새로운 자성 상태인 교자성 물질 ‘MnTe’의 전자구조 규명 

및 스핀 갈라짐 현상 발견

자연과학대학 물리학과 강창종 교수가 서울대 김창영 교수팀과 공동연구를 통해 새로운 자성 상태인 교자성(Altermagnetism)을 보이는 ‘MnTe 물질’의 전자구조를 연구하고, 이 물질의 스핀 갈라짐 현상을 관찰했다.

이번 연구는 1월 18일, 물리학 종합분야 상위 10%인 저명학술지 ‘Physical Review Letters’(IF: 8.6)에 에디터 추천(Editors’ Suggestion)으로 게재됐으며, 강창종 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 

※ 논문 제목: Broken Kramers’ Degeneracy in Altermagnetic MnTe

자성은 크게 상자성과 강자성, 반자성 등 3가지 상태로 나뉘는데 최근 연구에서 반자성 상태임에도 불구하고 기존의 반자성 대칭성과 차별화된 ‘교자성’이 이론적으로 제안됐다. 

이에 공동 연구팀은 교자성 후보물질 중 하나인 ‘MnTe 물질’의 전자구조를 실험적으로 최초 규명했으며, ‘MnTe 물질’에서 온도에 따른 스핀 갈라짐 현상＊을 처음으로 관찰했다. 

＊스핀 갈라짐 현상: 전자의 스핀 업과 다운이 갈라지는 현상. 이로부터 스핀 편극이 발생함.

‘스핀 갈라짐 현상’은 반자성 상태에서 관찰되지 않는 현상이지만, 연구팀은 이 현상을 실험에서 확인함으로써 새로운 자성 상태인 ‘교자성’이 실제로 존재할 수 있음을 입증했다. 

강창종 교수는 “이번 연구에서 이론적으로 계산한 전자구조와 실험으로 관찰한 전자구조가 잘 일치하는 것을 확인했다”며, “교자성은 최근 제안된 새로운 자성 상태인 만큼 많은 후속 연구가 필요한 상태이며, 이를 통해 교자성의 상업적 응용 가능성을 확인할 필요가 있다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구 과제와 한국연구재단 BK21 Four 지원을 받아 수행됐다.

□논문 링크: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.036702