에너지과학과 최경민 교수 연구팀(공동1저자 최영관박사, 공동1저자 고경훈 박사과정)과 포항공대 이현우 교수 연구팀 (공동1저자 조대근 박사과정)은 금속에 전기장을 걸었을 때 전자의 원자핵 주변 궤도 공전 때문에 전자가 전기장과 어긋난 방향으로 휘면서 흘러간다는 것을 세계 최초로 밝혔다.

야구 투수가 빠른 공과 느린 공, 직구와 변화구를 자유자재로 구사하면 타자가 공략하기 힘든 것처럼 전기장을 걸었을 때 생기는 전류 흐름을 자유자재로 조절할 수 있으면 전자소자의 성능을 향상시킬 수 있다. 본 연구진은 경금속에서 전자의 스핀 대신 전자가 원자핵 주위를 도는 궤도 각운동량을 이용해서 전자 궤적을 휘게 만들 수 있다는 것을 확인하였다 (궤도 홀 효과).

최경민 교수 연구팀은 “이 연구는 전자의 궤도 각운동량이 고체내에서 제어될 수 있음을 보여준다. 제어가 가능한 궤도 각운동량은 다양한 고체 물리 분야에 적용될 것으로 기대되며, 특히 스핀 각운동량과 결합하여 저전력 자성 메모리 개발에 응용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 과학분야 세계 최고의 학술지인  Nature 에 7월 6일에 게재되었다.

논문명: Observation of the orbital Hall effect in a light metal Ti

전자(황금색 구)는 원자핵 (파란색 구) 주변을 어느 방향으로 공전하는지에
따라 서로 다른 궤도 각운동량을 가진다. 궤도 각운동량 방향에 따라서 전자의
궤적이 휘는 현상을 궤도 홀 효과라고 한다. 이 궤도 홀 효과는 전자소자에서
전자의 궤적을 제어하는 원리를 제공한다.