전문가 동정
조만호 교수팀, Bi1-xSbx 스핀-전하 변환 메커니즘 규명
이과대학 물리학과 조만호 교수 연구팀은 조성에 따라 위상 절연체 상태 및 반금속 상태가 발현되는 Bi1-xSbx을 성공적으로 합성한 후 강자성체와의 접합에서 강한 테라헤르츠(THz) 파가 발생하는 것을 학계에 최초로 발표했다.
위상 물질(topological material)은 우수한 스핀-전하 변환(Spin-to-Charge conversion) 효율을 가지고 있어 스핀트로닉스 소자 응용에 유망한 것으로 알려져 있지만, 그 원인에 대한 탐구는 부족한 상태이다.
Bi1-xSbx는 조성에 따라 여러 상태가 발현되는 위상 물질로 0.07<x<0.23일 경우 위상절연체 상태가 나타나며, 0.23<x일 경우 위상 반금속 상태가 발현되는 조성별로 상이한 고체 상태를 가지고 있어 해당 물질의 스핀-전하 변환 메커니즘을 규명하는 것은 어려운 일이었다.
조만호 교수 연구팀은 테라헤르츠 분광학을 통해 강자성체와 위상 물질의 접합 구조에서 일어나는 스핀-전하 변환 현상을 테라헤르츠 파의 발광 형태로 관측할 수 있다는 것에 착안해 Bi1-xSbx의 스핀-전하 변환 현상을 조사했다.
그 결과, 지금까지 보고됐던 다른 강자성체/위상절연체 접합 구조에 비해 위상 반금속 상태의 Bi1-xSbx에서 훨씬 큰 테라헤르츠 파의 발광을 관측함으로써 효율적인 스핀-전하 변환이 일어남을 검증했다. 또한 조만호 교수 연구팀은 Bi1-xSbx의 조성 및 두께에 따른 스핀-전하 변환을 분석해, 빛에 의해 야기된 전자들의 위상 표면 밴드를 통한 스핀-전하 변환 과정을 규명했다.
조만호 교수는 “뛰어난 스핀-전하 변환 효율을 가지는 물질을 발견한 것과 동시에 그 원인을 규명함으로써, 고효율의 위상 표면 상태를 단독적으로 활용할 수 있는 방법을 발견한 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다.
본 연구는 고등광기술연구소(APRI) 강철 박사와 공동으로 진행했으며, 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF 16.806)’에 5월 21일 온라인 게재됐다.
논문정보
● 논문제목: Topological Surface-Dominated Spintronic THz Emission in Topologically Nontrivial Bi1-xSbx Films
● 논문주소: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202200948
출처: 연세대학교(https://www.yonsei.ac.kr/ocx/news.jsp?mode=view&ar_seq=20220614135123302074&sr_volume=632&list_mode=list&sr_site=S&pager.offset=36)