와우댕글의 아이디어 세상

안녕하세요. 아이디어클럽의 조영래입니다.

창의성, 과학, 상상력을 키워 발명이나 특허의 새로운 원동력을 얻고자 미래창조과학부에서

이번에 전폭적으로 지원한 것 같습니다.

과연 이를 통해서 과학에 관심을 넓히고 발명, 상상력의 활성화가 이루어질 수 있을지

모르겠군요.

관련된 정보 공유해보겠습니다.

성인의 과학 문화‧창작 활동 지원을 위한

160개 ｢우리동네 과학클럽｣ 선정

-『4월 과학문화축제』개막행사를 통해 발대식 개최 -

미래창조과학부(장관 최양희)는 성인을 포함한 전 국민의 다양한 소규모 과학 문화‧창작 활동을 지원하여 국민의 아이디어를 발굴하고, 과학문화 활동을 각 지역에 정착시키기 위해 전국에 160개『우리동네 과학클럽』을 선정했다.

□ 박근혜 대통령은 지난 8월「경제 재도약을 위해 국민 여러분께 드리는 말씀」 담화문을 통해 “창의성을 갖춘 인재가 개인의 발전은 물론 국가 경쟁력을 좌우하는 시대”라고 강조하였으며, 

ㅇ 작년 10월 OECD 과학기술장관회의 대전 선언문 역시 대중들이 과학을 즐기고 참여할 수 있는 문화를 정착시키기 위한 기반을 마련의 중요성을 담고 있다.

□ 이에 부응하여, 창의적 과학문화 기반조성과 창의력‧상상력 기반의 창조경제 생태계 구축을 위한 사업의 일환으로 금년부터『우리동네 과학클럽』지원을 추진하는 것이다. 

ㅇ 만 13세 이상 모든 국민은 5인 이상 10인 이하로 팀을 구성하여『우리동네 과학클럽』에 신청할 수 있으나, 각 팀에는 반드시 만 20세 이상의 성인이 1인 이상 포함되어 있어야 한다. 

ㅇ 전국 총 431개 팀이 신청하였고, 서면심사 결과 최종 선정된 160팀의 우리동네 과학클럽은 ICT메이커(53팀), 적정기술, 과학공연, 과학강연 등의 분야에서 과학창작 및 과학문화 활동을 한다.

※ 선정된 팀들은 자율적으로 3-6개월 동안 활동(지원예산: 클럽 당 150만원 이내)

ㅇ 선정결과는 한국과학창의재단 홈페이지(http://www.kofac.re.kr/) 공지사항에서 3월 31일부터 확인 가능하다.

□ 또한 전국 17개 시도에 우리동네 과학클럽을 모집하고 지원하기 위해 38개의『우리동네 과학클럽 운영기관』을 지정했다. 




ㅇ 우리동네 과학클럽 운영기관은 지역 과학문화활동 거점센터로 무한상상실, 지역대학 등 기존 과학문화 인프라와 연계하여 지역 네트워크의 중심센터 역할을 수행하며, 한국과학창의재단과 협력해 과학클럽 교육, 멘토링, 전문가 세미나 등 다양한 프로그램을 운영한다.

□『우리동네 과학클럽』의 발대식은 국립과천과학관 등 전국 5개 과학관에서 동시 개최하는 국민참여형 행사인 ｢4월 과학문화축제｣(4.2.(토)~4.3.(일))의 개막행사의 일부로 추진된다. 

ㅇ 이번 행사는 과학기술 50년, 4월 과학의 달을 맞아, “4월에 떠나는 가족과학여행”이라는 주제로, 다소 어렵게 느낄 수 있는 과학을 문화와 접목하여 국민들에게 소중한 추억을 선사할 수 있는 문화축제로 개최한다. 

□ 더불어, 4월부터 우리동네 과학클럽 운영방법 및 지원제도와 관련하여 전국 설명회를 개최하는 등『우리동네 과학클럽』의 원활한 운영을 추진할 계획이다.

페르미 문제(Fermi Problem) 또는 페르미 추정(Fermi Estimate)은 어떠한 문제에 대해 기초적인 지식과 논리적 추론만으로 짧은 시간 안에 대략적인 근사치를 추정하는 방법이다. 이는 이탈리아의 물리학자 엔리코 페르미의 이름을 땄다. 게스티메이션(Guesstimation)이라고도 하며, 기업 채용 면접에도 종종 등장한다.

트리니티 폭발력

페르미는 1945년 7월 16일 트리니티 테스트 당시 폭발 지점으로부터 10마일 정도 떨어진 베이스캠프에서의 관찰을 바탕으로 다음과 같이 그 위력을 추정했다.

폭발 후 약 40초가 지나자, 폭풍이 내게 닿았다. 나는 충격파가 지나가기 이전과, 도중과, 나중에 각각 작은 종이 조각들을 약 6피트 높이에서 떨어뜨려 그 폭발력을 추정해봤다. 그 때 마침 바람이 불지 않았기에, 나는 폭풍이 지나가는 도중에 떨어진 종이 조각들의 변위를 명확하고 사실적으로 측정할 수 있었다. 변위는 약 2.5미터 정도였고, 그때 나는 이 정도의 폭풍이면 TNT 1만 톤의 폭발 위력에 해당한다고 추산했다.

실제 폭발력은 대략 TNT 2만 톤에 해당되는 것으로 판명되었으니 꽤 정확한 추산이었다.

시카고의 피아노 조율사 수

이 문제는 페르미가 시카고대학 학생들에게 출제했다고 알려져 있다. 이에 대한 추정의 예는 다음과 같다.

먼저 다음 데이터를 가정한다.

시카고의 인구는 약 300만명이다.

가구당 구성원은 약 3명이다.

피아노 보유율을 10% 정도라 하면 10만 가구가 피아노를 갖는다.

피아노 조율은 일 년에 한 번 한다고 가정한다.

조율사가 조율에 걸리는 시간은 이동시간을 포함해 2시간 정도이다.

조율사는 하루 8시간, 주 5일, 1년에 50주간 일한다.

이러한 가정을 바탕으로 다음과 같이 대략적인 숫자를 추론할 수 있다.

시카고는 총 100만 가구 (300만/3)

피아노는 총 10만대 (100만/10)

피아노 조율은 연간 10만 건

피아노 조율사는 1년간 1000대를 조율 (4*5*50)

따라서 조율사의 수는 100명 (10만/1000)

피아노 조율사 수의 문제는 대학물리학 책의 연습문제에서도 본적 있었습니다. 처음엔 당황스러웠는데 몇 가지 전제 가정들을 깔고 들어가니 이해가 가더군요. 죽기 직전에도 이러한 방법을 사용하여 링거의 물방울이 떨어지는 간격을 측정해 유속을 산출하고 있었다고 하네요.

세계관의 변화와 같은 혁명적인 변혁을 지칭할 때 우리는 “패러다임(paradigm)의 변화”와 같은 표현을 쓴다. 여기서 패러다임은 미국의 과학철학자 겸 과학사학자 토머스 쿤(Thomas Kuhn, 1922-1996)이 그의 저서 [과학혁명의 구조](1962)에서 과학의 발전을 설명하기 위해서 도입한 개념이다. 쿤에 의하면 패러다임은 두 가지 특성을 가진 두드러진 과학적 업적이다. 그 하나는 전문 과학자 집단을 끌어 들일만큼 신선하고 전례가 없다는 것이고, 두 번째는 이렇게 구성된 전문가 집단에게 풀 문제를 던져줄 만큼 충분히 열려 있다는 것이다. 일단 어떤 과학자가 이런 업적에 해당하는 패러다임을 제시하고 많은 과학자들이 이를 수용하면, 과학은 쿤이 정의한 정상과학(normal science)의 시기에 진입한다.

정상과학 시기에 패러다임은 과학자 공동체에 공유된 것이며, 이 공동체에 풍부한 자원을 제공한다. 먼저 패러다임은 과학자 공동체를 구성하는 과학자들에게 다양한 문제를 다루고 해결하는 방법을 주며, 어떤 문제가 중요한 문제인지 가이드라인을 제시해 준다. 또 패러다임은 표준적 방법에 의해 중요한 문제를 풀 수 있다는 확신을 주며, 실험과 측정에도 의미를 부여한다. 과학자들은 자신의 관찰과 기존의 이론이 일치하도록 실험과 이론의 정확성을 증진시키고, 더 많은 현상을 설명할 수 있도록 패러다임의 범위를 확장하며, 상수의 값을 더 정확하게 결정하고, 패러다임을 명료하게 하는 수량적 법칙을 수립한다. 이렇게 기존의 패러다임을 완벽하게 하고 측정값을 정교하게 하는 행위가 다름 아닌 정상과학의 퍼즐풀이 활동이다.

쿤에 의하면 정상과학은 새로운 발견을 지향하거나 추구하는 혁신적 활동이 아니다. 정상과학은 기본적으로 패러다임을 완벽히 하려는 보수적 성격의 활동이기 때문이다. 그렇지만 패러다임에 근거한 정상과학이 모든 문제를 잘 해결하는 것은 아니다. 특정한 패러다임에 근거해서는 해결하거나 이해하기 힘든 문제들이 계속 등장하는데, 쿤은 정상과학 시기에 이런 문제들 대부분이 임시방편적인 가설을 도입해서 패러다임과 부합하는 형태로 해결되거나 그렇지 못할 경우에는 무시된다고 주장했다.

이러한 주장은 당시 과학의 합리성을 믿었던 과학철학계에 심대한 도전장을 던진 셈이었다. 쿤 이전에 과학의 본질에 대해 상당한 영향력을 미쳤던 과학철학자 칼 포퍼(Karl Popper, 1902-1994)는 과학이 과감한 가설을 던지고 이를 반증하기 위한 논박이 이어지는 형태로 발전한다고 주장하면서, 어떤 명제가 반증될 수 있다는 반증가능성(falsifiability)이 과학과 비과학을 구별하는 결정적인 잣대라고 주장했다. 그렇지만 쿤에 의하면 패러다임은 근본적으로 반증이 잘 안 되는, 보수적인 관성을 가진 존재였다. 과학자들의 연구는 기존 패러다임에 대한 반증을 노린다기보다, 잘 맞지 않는 변칙 사례를 패러다임에 맞추기 위해 애를 쓰는 활동에 더 가까웠다. 포퍼와 쿤, 그리고 이들의 후계자들은 과학 발전의 본질을 놓고 계속 논쟁했지만 뚜렷한 합의점을 찾지는 못했다.

한, 두개의 변칙이 출현한다고 패러다임이 폐기되는 것은 아니다. 그러나 이런 변칙이 늘어나면서 영향력 있는 과학자들이 이런 변칙을 심각하게 생각하는 단계가 되면 정상과학은 위기의 국면과 과학혁명의 국면으로 접어든다. 과학혁명의 시기에는 오래된 패러다임에서는 이해하기 힘든 변칙을 잘 설명하는 새로운 패러다임이 등장하면서, 신구 패러다임들이 경쟁하게 된다. 그런데 대부분의 과학자들은 오래된 패러다임에 집착하는데, 갓 등장한 새로운 패러다임이 해결할 수 있는 문제보다 오래되고 안정된 패러다임이 해결할 수 있는 문제가 훨씬 더 많아 보이기 때문이다. 새로운 패러다임은 몇 가지 변칙은 잘 설명할 수 있을지라도, 오래된 패러다임의 관점에서 볼 때는 이해할 수 없는 새로운 문제점들을 숱하게 던지기 때문이다.

예를 들어, 지구가 자전과 공전을 한다는 코페르니쿠스의 패러다임은 지구가 우주의 중심에 정지해 있다는 프톨레마이오스의 패러다임이 풀지 못한 몇 가지 전문적인 천문학 문제를 해결했지만, ‘지구가 도는데 왜 쏘아올린 화살은 제자리에 떨어지는가’ ‘지구가 도는데 왜 우리는 그것을 느끼지 못하는가’ 같은 새로운 난제를 제시했다. 따라서 새로운 패러다임이 제시되었다고 해도 대부분의 과학자들은 이를 받아들이는 대신에, 오래된 패러다임이 어떤 방식으로든 변칙을 해결할 수 있으리라는 기대를 가진다.

물론 과학혁명기에 오래된 패러다임을 버리고 새로운 패러다임으로 전환하는 과학자들이 있다. 그러나 이런 전환이 실험적 증거를 비교해서 이루어지는 경우는 거의 없다는 것이 쿤의 생각이다. 앞에서 언급했듯이 신생 패러다임에 비해 오래된 패러다임이 잘 해결하는 문제들이 훨씬 더 많기 때문이다. 쿤은 새로운 패러다임으로 전환하는 소수의 과학자들은 새 패러다임의 미적 단순함 또는 아름다움과 같은 과학외적 요인에 끌렸기 때문이라고 보았다. 이렇게 보았을 때 패러다임의 선택은 심리적 형태전환(gestalt switch) 또는 종교적 ‘개종’과 같으며, 과학혁명 시기에 새로운 패러다임을 선택하는 과학자에게는 과학 내적인 요소들 보다는 철학적, 종교적, 사상적, 미적 요소와 같은 과학 외적인 요소들이 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다. 오래된 패러다임과 새로운 패러다임의 차이는 총체적이며 같은 잣대로 평가될 수 없다는 것을 쿤은 ‘공약불가능성’(incommensurability)이라는 개념으로 축약했다. 예를 들어, 쿤은 아리스토텔레스 패러다임과 뉴턴 패러다임 사이에, 혹은 뉴턴 역학과 아인슈타인의 상대성 이론 간에 합리적인 소통을 어렵게 만드는 ‘공약불가능성’이 있다고 주장했다. 쿤의 저서에서 가장 논쟁을 불러일으켰던 점이 바로 이점이었다.

쿤에 의하면 과학의 발전은 과학혁명을 거치면서 과거의 패러다임에서 이것과 공약불가능한 새로운 패러다임으로 건너뛰는 형태로 진행된다. 하나의 정상과학 내에서는 패러다임이 더 완벽해지고, 패러다임을 구성하는 이론과 실험 사이의 오차가 점차 줄어드는 형태로 과학의 진보가 가능하다. 그렇지만 오래된 패러다임과 새로운 패러다임 사이에는 공약불가능성이라는 간극이 존재하고, 이 간극은 실험 데이터의 합리적 비교에 의해서 좁혀질 수 없는 것이기 때문에, 여러 정상과학과 과학혁명의 연속적 과정을 보면 과학이 누적적으로 진보한다고 보기는 힘들다는 것이 쿤의 관점이었다. 쿤에 의하면, 과학은 궁극적인 진리를 향해서 꾸준히 진보하는 인간의 활동이 아니라, 마치 그때그때의 우연적인 상황에 적응하는 종이 살아남는 생물종의 진화와 닮은 발전의 모습을 보인다. 생물종의 진화를 진보라고 평가하기 힘들 듯이, 과학의 발전도 진보라고 평가하기 힘들다는 것이 그의 생각이었다.

쿤의 패러다임은 과학의 발전을 보는 새로운 철학적 관점을 제공했으며, 자연과학에 대한 이해를 넘어 사회과학, 공학, 경제, 정치, 국제관계 등의 변화를 이해하는 새로운 틀을 제공했다. 쿤의 패러다임과 [과학혁명의 구조]는 숱한 논쟁을 불러 일으켰지만, 우리가 과학의 발전을 이해하는 ‘패러다임’에 혁명적인 변화를 불러 일으켰다. 그의 [과학혁명의 구조]는 20세기 하반기 동안 가장 많이 읽히고 인용된 학술서가 되었고, 그의 주장의 많은 부분은 이제 상식이 되었다. 쿤의 영향은 21세기에도 지속될 것이다.

참고문헌 : 토머스 S. 쿤 저, 김명자 번역, [과학혁명의 구조], 까치, 2002; 박은진, [쿤 ‘과학혁명의 구조’](철학 텍스트들의 내용 분석에 의거한 디지털 지식자원 구축을 위한 기초적 연구); 홍성욱, [토머스 쿤의 역사학, 철학, 그리고 과학], [서양사 연구] 33호 (2005년 11월), 139-175.

출처 네이버캐스트

발명의 본질은 과학의 원리를 응용한 것이기 때문에 발명을 하기 위해서는 과학을 이해하여야 한다고 생각합니다. 

그래서 과학의 발전사인 과학이 어떻게 발전하는가를 가져와봤습니다. 발명을 하는데에 있어서도 이러한 패러다임을 이해하는게 중요한 것 같습니다. 

- 양자 위상을 이용한 자화 제어 / 전류와 스핀 궤도 상호작용에서 자화 제어 메커니즘의 포괄적 이해에 도전 / 자화 제어 프로세스가 양자 역학적 위상에 기인하고 있는 것을 실증 / 양자 위상에 주목한 재료 탐색이나 새로운 스핀 메모리 응용에 기대 - 

JST 과제 달성형 기초 연구의 일환으로서 캠브리지 대학(University of Cambridge) 연구팀은 고체 내에 전류를 흘리는 것으로 전자 스핀을 제어할 수 있는 `스핀 궤도 상호작용(주 1)`으로 새로운 자화 제어 메커니즘을 발견하였다. 

전자 디바이스의 저소비 전력화와 소형화를 위해서 전자 스핀을 전류 등으로 제어하여 자석(자화)의 방향을 바꾸는 새로운 메커니즘의 연구가 전 세계에서 활발하게 진행되고 있다. 그 중에서 스핀 궤도 상호작용을 사용한 자화 제어의 메커니즘이 5년 전에 발견되었지만 어떠한 프로세스로 발현하고 있는지 자세한 것은 해명되고 있지 않았다. 

이번에 국제적 공동 연구팀은 희박 자성 반도체 갈륨 망간 비소(주 2)(GaMnAs)에 착안하여 상세 실험을 실시한 결과 스핀 궤도 상호작용을 사용한 자화 제어 메커니즘에 지금까지 별로 중요시되어 오지 않았던 전계에 의한 파동 관수의 변화, 구체적으로는 양자 역학적 위상에 근거하는 효과가 존재하는 것을 처음으로 찾아내었다. 이것에 의해 양자 역학적 위상이 스핀 메모리 등을 지원하는 자화 제어에 이용 가능하다는 것이 실증되었다. 

이러한 새로운 자화 제어 메커니즘은 다른 재료계에도 응용될 수 있다고 기대된다. 지금까지 별로 주목받지 않았던 양자 위상에 주목한 재료 탐색 그리고 재료 물성 평가라는 방향성이 제시할 수 있다. 양자 역학적 위상을 이용하여 저 전력으로 자화를 제어할 수 있는 재료가 발견되면 일렉트로닉스에 혁신을 가져오는 스핀 메모리 등에서의 응용을 기대할 수 있다. 

전자는 미소한 자석으로서 작동하는 것으로 이전부터 알려져 있다. 20세기를 석권한 반도체 공학은 기본적으로 이러한 전자 스핀인 자석의 특성을 활용하지 않고 구축되어 지금의 정보화 사회를 이루고 있다. 그러나 이러한 발전에도 한계가 보여 20세기 말부터 혁신적인 전자 정보 디바이스를 제작하기 위하여 전자 스핀을 적극적으로 도입하는 움직임(스핀트로닉스)이 활발하게 되어 현재 스핀이 관련된 다양한 고체 물리 현상이 발견되었고 그 응용 기술 구축이 활발하게 연구되고 있다. 

스핀트로닉스 디바이스를 실현하기 위해서는 여러 가지 해결해야 할 문제점이 있다. 특히 전자 스핀을 정확하게 제어하는 기술을 확립할 필요가 있다. 전자 스핀은 자기적인 물리량이기 때문에 제어를 하기 위해서는 자장이 필요하다. 그러나 디바이스 응용을 고려하면 외부 자장을 이용하여 전자 스핀을 제어하는 것은 어렵고 현재 전류(또는 전압)를 보내는 것으로 유효 자장을 만들어 자화를 제어하는 다양한 방법이 연구되고 있다. 

이러한 점을 해결하기 위한 한 가지 후보로서 전자 스핀과 전자의 운동과의 사이의 상호작용(스핀 궤도 상호작용)에 기인한 기구가 최근 발견되었다. 이것은 고체에(결정 또는 구조) 공간 반전 대칭성의 파괴(주 3)가 존재했을 때 전류를 보내는 것만으로 스핀 궤도 상호작용에 의해 전도전자에 스핀이 생성되어(<그림 1>) 그것을 유효 자장으로서 사용하여 자화 방향을 제어하는 것이다. 스핀 궤도 상호작용은 결정 구조나 시료 구조에 매우 민감하고 현대의 재료 제작 기술이나 나노테크놀로지를 구사할 수 있는 절호의 무대를 제공하기 때문에 자화 제어 방법으로 큰 가능성을 가지고 있다고 할 수 있다. 

그러나 2009년에 발견된 이 스핀 궤도 상호작용을 이용한 자화 제어 현상은 여전히 해명되지 않는 부분이 많이 존재하고 있다. 지금까지 전류에 의해 스핀을 만들 수 있는 것은 사실로서 알려져 있었지만 상세한 프로세스를 명확하게 한 보고는 없었다. 따라서 얻을 수 있던 실험 결과를 현상론을 사용한 모델에 의지하여 이해하지 않을 수 없어 상세한 데이터 해석이나 재료 설계의 지침을 가능하게 하기 위해서는 보다 구체적인 전자 상태 레벨의 정보를 포함한 기구 해명이 급선무였다고 한다. 

이번 연구에서는 스핀 궤도 상호작용이 고체에서 생성된 유효 자장을 정밀하게 측정할 수 있는 실험 방법과 고체의 전자 상태로부터 그 유효 자장을 계산하는 이론을 조합함으로써 그 발현 기구의 상세하게 실시하였다. 사용한 재료는 희박 자성 반도체 갈륨 망간 비소(GaMnAs)로 본 재료를 선택한 주된 이유는 금속 등에 비교하여 전기 전도에 기여하는 전자 상태가 비교적 단순하여 이론 계산으로 취급하기 쉽고 그 결정 구조 자체가 반전 대칭성을 무시할 수 있기 때문에 계면 등을 필요로 하지 않는 벌크 효과로서 실험 결과가 취급하기 쉬워 결정 방위 의존성 등의 실험의 자유도가 있기 때문이다. 이러한 점들을 최대한 이용하여 유효 자장의 결정 방위 의존성의 대칭성을 사용하는 것으로 결정 구조에만 의존하는 성분을 논의하는 것이 가능하게 되어 매우 깨끗한 실험 상황을 구비할 수 있다. 따라서 스핀 궤도 상호작용을 이용한 자화 제어의 발현 기구 해명을 달성하기 위해서 최적인 재료로 간주할 수 있다. 

본 연구에서는 GaMnAs를 자성을 나타내는 저온까지 냉각시켜 GaMnAs 시료에 마이크로파 전류를 흘리는 것으로 자기 공명(주 4) 상태를 생성한다. 자기 공명 상태가 일어나면 GaMnAs 시료 내에 전압이 발생하는 것(<그림 2>)이 알려져 있고 이 전압의 결정 방위 의존성을 중심으로 조사하는 것으로 상술의 유효 자장의 크기와 방향을 분류할 수 있다. 연구 그룹은 GaMnAs 내에서 발생하는 유효 자장의 이론 계산을 실시하였다. 실험 데이터와 수치 계산 결과를 비교한 결과 실험으로 얻을 수 있던 GaMnAs 내에서 발생하는 유효 자장에 지금까지 주목되고 있지 않았던 내인성(內因性) 발현 기구로부터 발생되는 성분이 있는 것을 발견하였다. 이 기구는 고체를 전자가 운동할 때 반드시 일어나는 불순물 등에 의한 전자 산란에 의한(외인성 발현) 기구와는 달리 각각의 `산란`에 일어나는 전자 스핀 상태의 변화에 기인하는 것이다(<그림 3> (상)). 이번 실험에서는 이러한 스핀 상태는 시료막에 대해 면직 방향(z방향)으로 발생하도록 측정 환경을 설계하였다. 

전류 유기(誘起) 자화 제어에 대해 이러한 내인성 모델이 실증된 것은 처음으로 학술적으로도 매우 중요하다. 또한 이러한 내인성 모델은 스핀 궤도 상호작용에 의해 전자의 파수 공간 안에서 발생하는 스핀 구조에 기인하는 양자 역학적 위상(베리(Berry) 위상(주 5))으로 이해할 수 있다. GaMnAs 중의 베리 위상의 존재는 이상(異常) 홀 효과의 연구로부터도 알려져 있었지만 베리 위상이 전기 전도뿐만 아니라 자화 제어에도 크게 기여하는 것은 이번 처음으로 밝혀내었다. 21세기 초부터 고체 중의 실공간이나 파수 공간의 스핀 구조로부터 발현하는 베리 위상이 주목받기 시작하고 있어 본 연구 결과도 그 일례로서 취급할 수 있다. 

이번에 얻을 수 있던 결과에 의해 스핀 궤도 상호작용을 이용한 자화 제어 메커니즘의 미시적 이해가 달성되었다. 이러한 이해가 GaMnAs 이외의 재료계에도 적응 가능한지를 검증하는 것이 다음 과제라고 한다. 또한 검증과 동시에 고성능 차세대 스핀 메모리를 실현하기 위한 재료 발견이 큰 과제이다. 재료 탐색 연구에 있어서 이번 얻을 수 있던 결과는 매우 큰 도움이 될 것으로 기대할 수 있다. 향후 본 기구를 극대한화한 꿈의 재료가 발견되면 컴퓨터 내에서 사용되는 에너지양을 경감하는 스핀 메모리가 탄생할 가능성이 있다고 한다. 

(주 1) 스핀 궤도 상호작용 
전자가 내재적으로 가지고 있는 스핀 각운동량과 궤도 각운동량과의 상호작용으로 이러한 상호작용에 의해 고체 중의 전자 수송이 스핀 상태에 의존하여 거기로부터 스핀 자유도를 이용한 다양한 현상이 일어난다. 
(주 2) 갈륨 망간 비소(Ga1-xMnxAs) 
기존 일렉트로닉스 재료인 III-V족 화합물 반도체 GaAs(갈륨비소)를 모체로 하여 Ga 원자를 자성 원자의 Mn 원자로 치환하는 것으로 자석의 특성을 유기시킨 재료. 
(주 3) 공간 반전 대칭성의 파괴 
좌표(x, y, z)에 있는 점을 좌표(-x, -y, -z)로 옮기는 조작을 실시했을 때 조작 전의 결정과 일치하지 않는 것. 
(주 4) 자기 공명 
외부 정자장(靜磁場)에 있는 자기모멘트가 고유 주파수의 전자파와 상호작용하는 공명 현상. 
(주 5) 베리 위상 
파라미터 공간 상 물리량의 기하학적 구조로부터 발생하는 양자 역학적 위상. 

<그림 1> 스핀 궤도 상호작용에 의한 전자 스핀 생성(공간 반전 대칭성의 파괴가 있는 재료에 전류를 흘리면 스핀 궤도 상호작용에 의해 원래 갖추어져 있지 않았던 전도 캐리어(전자나 홀)의 스핀이 정렬되기 시작한다. 이러한 현상은 원래 전자의 스핀이 어느 정도 정렬되어 있는 자석에도 발생하고 이 전류에 의해 생성된 전자 스핀을 사용하여 자석(자화)의 방향을 제어할 수 있다. 
<그림 2> 자기 공명이 발생하는 GaMnAs의 전압 측정(기가 헤르츠(GHz)대의 교류 전류를 GaMnAs에 직접 흘리면 스핀 궤도 상호작용에 의해 같은 주파수대의 유효 자장이 발생한다. 이 때 특정의 직류 자장을 주면 자기 공명이라는 자화의 세차운동이 발생한다. 이러한 세차운동과 자기 저항 효과에 의해 저항도 시간의 함수로서 진동하게 되어 전류와의 적(積)에 의해 직류 전압이 발생한다.) 
<그림 3> (상) 파수(波數) 공간에 있어서의 페르미 준위의 전자 스핀 방향과 그 전계 의존성 / (하) 스핀 궤도 상호작용이 발생하는 유효 자장의 시료 방향과 각도 의존성 

출처 KISTI 미리안 『녹색기술정보포털』

자기력의 원인이 되는 전자스핀을 전류로서 조절한다니 놀라운 발견이네요. 다양한 응용기술이 나올 수 있을 것으로 기대됩니다.