자성체물리는 응집물질물리의 한 분야로, 자성체의 전자 구조와 스핀 상호작용, 그리고 이로부터 유도되는 다양한 자기적 특성을 연구합니다. 본 연구실에서는 강자성체, 반강자성체, 페리자성체 등 다양한 자성체의 자기적 특성 및 동역학을 실험적으로 규명하고, 이론적 모델링을 통해 그 근본 원리를 탐구합니다. 특히, 스핀의 자유도와 전하, 궤도 자유도의 상호작용에 주목하여 새로운 자기 현상과 물리적 메커니즘을 밝히는 데 중점을 두고 있습니다. 스핀 오비트로닉스는 전통적인 스핀트로닉스에서 한 단계 더 나아가, 스핀-궤도 결합을 활용하여 자화 제어 및 정보 저장, 전송의 효율을 극대화하는 첨단 연구 분야입니다. 본 연구실은 스핀 오비트로닉스 소자 개발을 위해 스핀 궤도 토크, 오비탈 홀 효과, 디랄로신스키-모리야 상호작용(DMI) 등 다양한 스핀-궤도 현상을 실험적으로 구현하고, 이를 기반으로 차세대 비휘발성 메모리(MRAM) 및 인공 시냅스 소자 등 혁신적 소자 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 나노미터 스케일의 박막, 초격자, 이종접합 구조 등 다양한 소재 시스템에서 이루어지며, X-선 자기 이색성, 주사터널현미경(STM), 자기저항 측정 등 첨단 실험기법을 활용합니다. 이를 통해 자성체 내 스핀 및 궤도 자유도의 정밀 제어와 새로운 자기적 현상의 발견, 그리고 실용적 소자 응용까지 폭넓은 연구를 수행하고 있습니다.

비공선형 반강자성체는 최근 스핀트로닉스 분야에서 각광받는 소재로, 기존의 강자성체와 달리 자화가 상쇄되는 구조를 가지면서도 독특한 스핀 구조와 전기적 특성을 보입니다. 본 연구실은 비공선형 반강자성체의 전자 구조, 스핀 구조, 그리고 이로부터 유도되는 비정상 넌스트 효과, 스핀 궤도 토크, 자기저항 등 다양한 물리 현상을 심층적으로 연구하고 있습니다. 이를 통해 기존 소재의 한계를 극복하고, 에너지 효율이 뛰어난 차세대 스핀트로닉스 소자 개발에 기여하고 있습니다. 특히, 이온 조사법을 통한 인위적 대칭성 파괴, 층간 카이럴 자기 상호작용을 이용한 무자장 스위칭 등 혁신적인 소재 및 소자 설계 방법을 개발하고 있습니다. 이러한 기술은 외부 자기장 없이도 자화 반전이 가능한 스핀 오비트로닉스 소자, 에너지 소모가 극히 적은 MRAM, 인공 시냅스 소자 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 또한, 반데르발스 자성체, 이종박막, 초격자 구조 등 다양한 신소재 시스템을 활용하여, 스핀 및 궤도 전류의 생성과 제어, 그리고 이로 인한 새로운 자기적 현상을 실험적으로 규명하고 있습니다. 이러한 연구는 실험과 이론, 소재 합성 및 소자 제작까지 전주기적 접근을 통해 이루어지며, 국내외 다양한 산학연 협력과 대형 연구 프로젝트를 통해 활발히 진행되고 있습니다. 이를 통해 미래 정보기술, 인공지능 하드웨어, 에너지 하베스팅 등 첨단 산업 분야에 실질적인 파급 효과를 창출하고 있습니다.