본 연구에서는 스핀-궤도 상호작용이 큰 원소인 비스무스 (Bi)와 전이원소인 망간 (Mn)이 포함된 화합물 자성 물질을 선정하여, 자성 (Mn)과 강한 스핀-궤도 상호작용 (Bi)이 공존하는 새로운 자성결정 박막 물질을 성장하고, 이 강자성 박막 물질의 단일층과 복합구조로 부터 전류에 의한 효과적 자화제어 방법 개발 및 단일 원자 자성결정 박막 시스템을 구...

본 과제는 단결정 강자성 박막에서 벌크 결정구조 중심비대칭으로 생기는 Dresselhaus 효과와 스핀-궤도 필드를 더 명확히 이해하고, 전류로 자화를 제어할 수 있는 소재·구조를 개발해 차세대 스핀소자 원천기술을 마련하는 연구임. 연구목표는 GaMnAs, Fe 단결정 박막에서 스트레인 조절로 Dresselhaus type 스핀-궤도 필드를 연구하고, 이온 액체 이중층 게이팅으로 게이트 효과 및 스핀-궤도 토크를 규명하며, Dresselhaus type에 의한 선택적 자화제어로 GMR 또는 TMR을 구현하고 전류 펄스 제어를 검증하는 데 있음. 기대효과는 스핀궤도 상호작용 기초물리 이해 및 효율적 전류 자화제어기술 제공으로 첨단산업 발전에 기여함.

새로운 호스트 물질 탐색 및 스핀 큐빗 개발 복합 산화물, 다이아몬드, 실리카, 실리콘 등 안정된 양자결함(quantum defects) 혹은 양자불순물(quantum donor)을 제공하는 호스트 물질 탐색 및 제작 양자결함(혹은 양자불순물) 생성 및 이를 기반으로 결잃음 시간(decoherence time)이 길고 제어가 용이한 스핀 큐빗 개발 dynamical decoupling 등을 이용한 스핀 큐빗 결잃음 시간 측정 및 분석 마이크로파 등을 이용한 스핀 큐빗의 제어 및 양자측정 이론 연구 스핀 큐빗 간의 결합 원리(coupling) 및 연결성(connectivity) 연구 나노진동모드 등을 이용한 서로 다른 스핀 큐빗 간의 강한 결합 원리 규명 양자 네트워크 및 양자물질 시뮬레이션에 적합한 스핀 큐빗 연결성 연구 다중 결합(multiply connected) 스핀 큐빗의 전자 구조 및 스핀 특성 분석 마이크로파 공진기 등을 이용한 다중 스핀 큐빗 제어 및 연산 연구 중거리 양자얽힘 시연 및 스핀 큐빗 칩셋 시작품 개발 진동모드, 마이크로파 등을 이용한 중거리 큐빗 양자얽힘 측정 양자얽힘 감쇄 및 증폭에 관한 이론 연구 양자물질 시뮬레이션 및 중단거리 양자통신을 위한 연결성을 갖춘 스핀 큐빗 칩셋 시작품 개발

본 과제는 강자성반도체 GaMnAs 다층구조에서 층과 층 사이의 층간교환상호작용(IEC)을 전하로 제어해 스핀을 다루는 gate제어 스핀트로닉 소자 기능을 구현하는 연구임. 연구목표는 전하 역할을 체계적으로 규명하고, 전하농도 조절 기능을 IEC 제어에 응용하는 방법 개발 정립임. 핵심 연구내용은 MBE 박막 성장으로 비대칭 삼중층 및 GaMnAs/GaAs 최적 다층구조 제작, 홀 효과·자기저항·전자이송 실험, IEC효과 자화배열 수치모사 및 IEC phase diagram 작성, 장거리 IEC 최대거리 측정과 자기에너지·자화전환 과정 규명 후 전기적 IEC 제어 기반 기억 소자 및 다중 저항 상태 구현임. 기대효과는 새로운 물리현상 발견과 자화제어 원리 전환, 측정·가공·나노소자 기술 고도화 및 차세대 전자산업·일자리 창출 기여임