카지노 바카라트로닉스에서 상당한 전력 절감을 가져오는 새로운 원리의 발견
—'전기 자기 제어'를 가능하게 하는 재료 개발에 대한 새로운 접근 방식—

[요약]

국립연구개발청 일본원자력기구(원장 고다마 토시오, 이하 'JAEA'') 첨단기초연구센터 카지노 바카라에너지변환재료과학 연구그룹 기간제 연구원 아라키 야스시(문부과학성 우수연구원)와 이에다 준이치 연구단장은전자의 수학적 구조는 전기 저항의 영향을 받지 않고 절전 방식으로 자성체의 자성을 전압에 의해 제어하는 메커니즘을 제공합니다"토폴로지"^{(참고 1)}에 기반한 새로운 발견

Spintronics는 물질 내 전자의 미세한 자기 "카지노 바카라"을 사용하여 자성 물질의 자성 방향과 강도를 제어합니다 이를 대량의 정보를 처리하는 자성 메모리에 적용하려는 목표입니다 현재 카지노 바카라트로닉스에서는 자성체나 중금속에 전류를 흘려 흐르는 전자의 카지노 바카라을 이용하여 자성체의 자성을 조작하는 방법이 널리 사용되고 있다(그림 1, 왼쪽) 그러나 이 방법은 먼저 자성체에 전류를 흘려야 하기 때문에 전기저항과 전류에서 발생하는 열의 영향을 받는다(줄 열병)^{(참고 2)}로 인한 에너지 손실 불가피하다 카지노 바카라트로닉스를 이용하여 자기메모리를 소형화, 집적화하기 위해서는에너지 손실은 무시할 수 없는 문제로 전기저항에 영향을 받지 않는 자기제어 방식이 필요함。

이 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 전자가 나타내는 "비정상 속도"라는 특성에 중점을 두었습니다 일부 물질에서는 전압을 가하면 전자가 전압과 같은 방향이 아닌 전압에 수직인 방향으로 이동하는(속도를 얻는) 성질이 있는데, 이 성질을 '이상 속도'라고 합니다(그림 1, 오른쪽) 비정상적인 속도로 인한 전자의 이동은 전기저항의 영향을 받지 않으며, 양자역학적 관점에서 볼 때수학적 구조 "토폴로지"에서 파생됨^{(참고 3)}최근에는 현저한 이상 속도를 나타내는 재료로서 "토폴로지 절연체"나 "웨일 반금속" 등의 재료군이 주목을 받고 있습니다

이번 연구에서는 이러한 비정상적인 속도 자성을 지닌 전자가 전자 카지노 바카라을 통해 제어되는 새로운 메커니즘을 발견했습니다(그림 1 오른쪽)우리는 비정상적인 속도로 인한 전류가 에너지 손실을 일으키지 않기 때문에 낮은 전력 소비로 자기를 제어할 수 있음을 제안했습니다。

이 연구 결과는 전류와 전력 소비가 낮은 자기 제어 기술을 실현할 수 있는 길을 열 것입니다。

2007년부터,강자성 물질^{(참고 4)}₃)에서는 기존의 전류를 이용한 자기제어에 비해 약 100배 정도 낮은 전류를 이용한 자기제어를 측정하였다 그러나 그 기원은 알려지지 않았습니다이 연구에서 도출된 이론에 따르면 SrRuO₃우리는 2849_2906에서 알려진 비정상적인 속도가 낮은 전류에서의 자기 제어의 원인임을 발견했으며, 이는 14년 동안 설명되지 않았습니다。

이 연구에서 개발된 새로운 이론은 훨씬 더 낮은 전력 소비로 작동하는 카지노 바카라트로닉 후보 물질을 선택하고 설계하는 데 유용한 지침을 제공할 것입니다강한 전자 토폴로지 구조를 나타내는 물질을 설계함으로써 본 연구에서 발견한 자기의 절전 제어가 가능해집니다카지노 바카라트로닉 소자의 소형화 및 집적화가 크게 진전될 것으로 예상됩니다。

이 연구 결과는 미국 물리학회 저널 "Physical Review Letters"에 게재되기 전 12월 28일(현지 시간) 온라인에 게재될 예정입니다

 

[연구개발의 배경과 목적]

정보 기술이 급속히 발전하는 오늘날의 사회에서는 직장이나 가정에 있는 모든 종류의 장치에 컴퓨터가 내장되어 있으며 네트워크를 통해 많은 양의 정보를 교환하면서 지속적으로 작동합니다 이에 따라 컴퓨터 메모리, 연산 장치 등 정보 처리 장치의 기술 혁신을 통해 더욱 빠르고 대용량 정보 처리가 가능하도록 하는 사회적 요구가 강해지고 있습니다

자성체(자석)를 이용한 카지노 바카라트로닉스(spintronics)라는 기술이 고속, 대용량 정보처리를 실현하는 기술로 활발히 연구가 진행되고 있습니다 기존 전자공학이 전기회로에 흐르는 전류만 조작했다면, 카지노 바카라트로닉스는 자성물질을 구성하는 각 전자의 미세한 '카지노 바카라'을 조작해 정보를 처리하는 기술이다 카지노 바카라트로닉스에서는 자기 방향을 이진 정보(숫자 0,1)에 매핑하고 전자 카지노 바카라을 통해 이를 조작하여 정보를 처리합니다 각 숫자는 10,000~100만분의 1mm 크기의 매우 작은 영역의 자기장에 해당합니다(그림 2) 따라서 카지노 바카라트로닉스를 이용한 자기제어를 이용하면 자성체에 기록된 대량의 정보를 고속으로 처리할 수 있으며, 이를 메모리, 연산장치 등에 응용할 수 있을 것으로 기대된다

자성체에 정보를 기록하고 계산하기 위해서는 전기신호를 이용하여 자기를 제어하는 기술이 필수적입니다4094_4291(줄 열병)^{(참고 2)}로 인해 에너지 손실이 발생합니다 전류가 증가함에 따라 줄(Joule) 열은 전류의 제곱만큼 증가하므로 카지노 바카라트로닉 소자가 고속화되고 대형화됨에 따라 필요한 전류도 증가하므로 소자의 발열로 인한 에너지 소모는 무시할 수 없는 문제가 된다 그러므로낮은 전류 및 전력 소비로 자기 제어를 목표로 기존 카지노 바카라 전달 토크를 능가하는 효율을 달성할 수 있는 새로운 메커니즘과 이를 가능하게 하는 자성 재료에 대한 탐색이 필요합니다。

이 연구에서는,전기 저항의 영향을 받지 않는 자기 제어의 메커니즘을 탐구했습니다 기본 이론의 관점에서

[연구 방법 및 결과]

본 연구에서는 전압이 인가된 물질에서 전자의 카지노 바카라이 자성체의 자성을 변화시키는 과정을 간단한 수식으로 요약했습니다 이 공식 내에서 자기 제어 프로세스는 전기 저항의 영향과 자기 배열 패턴의 유무에 따라 4가지 유형으로 분류되었습니다(그림 3) 이 네 가지 유형에는 기존의 "카지노 바카라 전달 토크"를 포함하여 이전 연구에서 제안된 여러 자기 제어 프로세스가 포함됩니다 반면에우리는 전기 저항의 영향을 받지 않고 전력을 절약하면서 전압 신호만 사용하여 자기 어레이를 조작할 수 있는 새로운 프로세스가 있음을 발견했습니다。이 과정은 물질 내의 전자가카지노 바카라-운동량 결합^{(참고 5)}'' 및 ``비정상적인 속도''。

특히 중요한 속성은 "비정상적인 속도"입니다 이는 전자가 전압에 반응하여 이동할 때 전압과 동일한 방향으로 이동하지 않고 대신 수직 방향의 속도, 즉 수평으로 휘어지는 특성입니다(그림 1, 오른쪽) 이러한 수직 운동은 전기 저항으로 인한 에너지 손실의 영향을 받지 않으며, 속도가 느려지지 않고 일정한 속도로 움직입니다 고전 전자기학의 이러한 직관에 반하는 특성은 재료의 전자 내부 구조에 기인합니다토폴로지^{(참고 1)}''원래^{(참고 3)}이것은 1990년대 이후 이론적 연구를 통해 밝혀졌습니다 비정상적인 속도로 인해 발생하는 잘 알려진 현상은 인가된 전압에 수직인 방향으로 전류가 흐르는 '비정상 홀 효과' 현상이다 '토폴로지 절연체'와 '웨일 반금속'으로 불리는 물질군은 강한 전자 위상 구조를 갖고 있어 '비정상적인 홀 효과'가 나타나는 것이 실험적으로 확인됐다

이 "비정상적인 속도"는 전압을 받은 전자가 전기 저항의 영향을 받지 않고 수직으로 이동하게 합니다 더욱이, "카지노 바카라-운동량 결합"의 결합으로 인해 카지노 바카라의 방향은 전자의 움직임과 일치합니다 위에서 설명한 과정을 통해 우리는 자기 어레이에 전압을 가하면 전자 카지노 바카라의 방향이 정렬되어 자기장을 제어할 수 있음을 보여주었습니다(그림 1, 오른쪽)우리는 이 메커니즘을 "토폴로지 홀 토크"라고 명명하고 기존의 "카지노 바카라 전달 토크"와는 다른 새로운 절전 자기 제어 메커니즘으로 제안했습니다(그림 3)

이 연구에서 새롭게 도출된 "토폴로지 홀 토크" 이론은 이전 실험 보고서 이후 14년 동안 풀리지 않았던 문제를 해결했습니다。

강자성 물질^{(참고 4)}금속 "스트론튬 루테네이트"(SrRuO₃), 전기 자기 제어 측정은 2007년에 보고되었습니다 이 보고서에 따르면 측정된 자기 제어의 효율성은 100배 이상의 전류를 흐르지 않고는 기존의 "카지노 바카라 전달 토크"를 사용하여 달성할 수 없을 정도로 높았습니다 이를 자기제어에 필요한 소비전력(줄열)과 비교한다기존보다 약 1/10000배 적은 전력 소비에 해당합니다 그러나 기존 이론으로는 그 유래를 설명할 수 없어 카지노 바카라트로닉 소자에 더 이상 적용하기 어렵다

반면에 SrRuO₃에서 카지노 바카라-운동량 결합과 비정상적인 속도(비정상적인 홀 효과)의 존재 2000년대 이후 여러 실험을 통해 확인됐다 이에 착안하여 본 연구에서 새롭게 얻은 '토폴로지 홀 토크' 이론은 SrRuO₃에 적용하여 자기제어의 효율을 계산하였습니다 그 결과, 기존의 '카지노 바카라 전달 토크'의 약 100배에 달하는 측정값을 재현할 수 있었습니다 결과는SrRuO₃에 보고된 자기 제어 장치 카지노 바카라-운동량 결합과 이상 속도에 의해 발생하는 "토폴로지 홀 토크"가 그 주요 원인인 것으로 밝혀졌으며, 2007년 실험 보고서에서 제시된 미해결 문제를 14년 만에 해결할 수 있었습니다。

[미래에 대한 기대]

카지노 바카라트로닉 소자의 속도와 용량을 높이기 위해서는 카지노 바카라트로닉 소자의 기본이 되는 "전기 자기 제어"에서 전력 소모를 줄이고 에너지 효율을 높이는 것이 필수적입니다이 연구에서 얻은 이론은 "카지노 바카라-운동량 결합"과 "비정상 속도"의 두 가지 특성을 모두 갖는 물질이 이 질문에 답하는 데 적합하다고 제안합니다이 중 변칙적인 속도는 변칙적인 홀 효과(Hall Effect)와 같은 전류 특성의 관점에서 오랫동안 주목을 받아왔지만, 지금까지 자기 제어에 대한 기여는 거의 고려되지 않았습니다

미래에는 자기 제어에 더 적합한 재료를 선택하고 설계할 때 비정상적인 속도와 그 기원을 형성하는 전자의 토폴로지가 재료 개발의 새로운 지침이 될 것으로 예상됩니다즉, 과거 공학적 응용이 크게 고려되지 않았던 토폴로지를 강하게 발현하도록 재료의 조성과 결정구조를 조절함으로써, 절전형 자기제어를 구현할 수 있는 재료에 접근하는 것이 가능해진다이러한 물질의 개발 방향을 제시함으로써 본 연구는 카지노 바카라트로닉스를 활용한 더 빠르고 더 큰 용량의 자기 메모리 및 컴퓨팅 장치의 길을 열어 정보 사회의 가속화된 발전에 기여할 것입니다

도서 정보

잡지 이름: Physical Review Letters

제목: 자기 텍스처의 변칙적인 속도에서 나타나는 고유 토크
(자기 구조의 비정상적인 속도로 인한 고유 토크)

저자: 아라키 야스후미, 이에다 준이치

이 연구는 과학 연구/과학 연구를 위한 보조금(S) 19H05622 및 교육 문화 스포츠 과학 기술부의 우수 연구원 프로젝트의 지원을 받았습니다

[용어]

(참고 1) "토폴로지"

무언가의 모양을 특징짓는 수학적 개념 예를 들어 땅의 모양을 설명할 때 땅이 '오목한지, 튀어나온지', '구멍이 몇 개나 있는지' 등의 특성을 전달할 필요가 있다 토폴로지는 이러한 모양의 특성을 설명하는 개념이다

(주 2) "줄 열"

전류가 금속에 흐를 때 전기 저항으로 인한 마찰로 인해 열이 발생합니다 익숙한 예로 전열선이나 백열전구에서 발생하는 열도 줄열(Joule Heat)의 영향이다 이는 배터리나 전원 공급 장치에서 제공하는 에너지(전기)가 열에너지로 방출되는 것에 해당합니다 줄열(Joule Heat)은 컴퓨터 부품 등 많은 신호가 전류로 제어되는 집적소자에서 무시할 수 없는 문제로, 온도 상승으로 인해 성능이 저하될 수 있다

(주 3) 비정상 속도와 토폴로지의 관계

전자 파동에 ``비틀림''이 있으면 파동은 더 이상 직선으로 이동할 수 없으며 전자의 움직임은 소위 ``비정상적인 속도''라고 불리는 수평 방향으로 휘어집니다 회전하는 공을 던지면 그 동작은 공중으로 휘어지는 공의 동작과 유사합니다

(주 4) "강자성 물질"

자석을 가까이 가져오지 않아도 그 자체로 강한 자석이 되는 물질 대표적인 강자성 물질로는 철, 니켈, 망간 등이 있습니다

(주 5) "카지노 바카라-운동량 결합"

전자가 이동하는 방향에 따라 전자 자체의 카지노 바카라이 고정된 방향을 가리키는 효과 일반적인 자성 물질에서는 전자 카지노 바카라이 자성 물질 자체의 자기 방향과 일치합니다 반면, 비스무트, 백금 등 중금속을 함유한 물질에서는 전자가 카지노 바카라-운동량 결합에 영향을 받는 것으로 알려져 있다 카지노 바카라-운동량 결합은 전류를 통해 전자 카지노 바카라의 방향을 제어할 수 있기 때문에 카지노 바카라트로닉스의 구성 요소로 강조되어 왔습니다