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전자는 전기 자극과 스핀을 전달하고 자기 모멘트를 발생시켜 외부 자기장과 상호 작용한다. 스핀트로닉스 분야는 이 전자의 스핀을 이용한다. 컴퓨팅 및 고효율 전자 장치에서 기본 단위로 스핀을 사용하는 것은 최소 에너지 사용을 위한 스핀트로닉 과학의 궁극적인 목표이다. 휴대 전화, 컴퓨터, 기타 전자 장치의 주요 단점은 전자가 전자 회로 주위를 이동할 때 열이 발생한다는 것이다. 이 에너지 손실은 소자 효율을 감소시키고, 고밀도 마이크로 칩의 구성을 제한한다. 스핀트로닉스는 전자를 움직이지 않고 전자 스핀을 움직여 에너지 손실을 줄일 수 있다. 이 연구에서 확인된 것과 같은 설계 전략을 사용하면 오늘날의 전자 장치를 대체할 수 있는 매우 에너지 효율적인 스핀트로닉스가 탄생할 수 있다. 그러나, 이러한 스핀트로닉스 실현에 있어 중요한 장애물은 작은 스핀 신호의 증폭이다. 최근 존스 홉킨스 대학 연구팀은 반자성 물질(자기 모멘트가 제거 된 물질)의 절연체 물질을 층 구조에 삽입하여 스핀트랜지스터를 생성함으로써 작은 스핀 전류를 증폭하였다. 연구팀은 페리 자성 절연체 이트륨 철 가닛(YIG)과 일반 금속 필름 사이에 샌드위치된 니켈 및 코발트 산화물과 같은 반 강자성 절연체의 박막을 사용했다. 이러한 장치를 이용하여 YIG에서 금속으로 열 주입된 순수 스핀 전류가 반 강자성 절연막에 의해 최대 10 배까지 증폭될 수 있었다. 연구팀은 반 강자성 절연층의 스핀 변동이 스핀 전류를 증가시킨다는 것을 발견했고, 증폭이 정상 금속과 YIG의 스핀 혼합 컨덕턴스에 선형적으로 비례함을 발견했다. 실험은 다양한 금속에 대해 이러한 효과를 입증했고, 스핀 전류 증폭이 여러 금속에 대한 YIG/금속 시스템의 스핀 혼합 전도도에 비례함을 보여주었다. 스핀 전류 강화 및 스핀 혼합 컨덕턴스의 계산은 실험 관측과 일치했다. |
