울산과학대 황영훈 교수, 차세대 자성 소재 전자구조 규명 …국제학술지 게재
3년간 국제 공동연구 층상 교자성 물질 분석 전자 스핀 분열·표면 전자상태 차이 확인 어드밴스드 머티리얼스·나노 레터스 발표 초박막 자성 소재 후속 연구의 기초자료 기대
2026-10-22 정수진 기자
울산과학대는 황 교수가 참여한 연구 논문 2편이 지난 18일과 19일 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’와 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 온라인판에 각각 게재됐다고 22일 밝혔다.
두 연구는 층상 교자성 물질인 ‘CoNb₄Se₈’의 스핀 분열과 표면 전자구조를 규명한 것으로, 물질 내부의 전자 특성을 확인하고 표면에서 나타나는 신호를 구분했다는 데 의미가 있다.
교자성은 물질 전체의 자화는 상쇄되지만 전자의 운동량에 따라 서로 반대인 스핀 상태의 에너지가 달라지는 자성이다. 연구팀은 이셀레늄화니오븀(NbSe₂) 층 사이에 코발트가 규칙적으로 배열된 CoNb₄Se₈를 연구 대상으로 삼았다.
어드밴스드 머티리얼스에 발표한 연구에서는 광전자분광 측정과 전자구조 계산을 결합해 스핀에 따라 분리된 전자 밴드를 확인했다. 반대 운동량에서 스핀 신호의 부호가 바뀌고 특정 방향에서는 신호가 나타나지 않는 특성도 확인해 교자성의 특징을 검증했다.
나노 레터스에 발표한 연구에서는 코발트가 노출된 표면과 셀레늄이 노출된 표면의 전자구조가 서로 다르다는 점을 밝혀냈다. 연구진은 두 표면에서 나타나는 전자상태를 구분하고, 표면 신호가 섞일 경우 물질 내부의 스핀 분열을 잘못 해석할 수 있다는 점도 제시했다.
두 연구는 교자성 물질의 스핀 분열을 검증하고 표면 전자상태를 분석하는 기준을 제시했다는 점에서 상호 보완적이다. 연구진은 이번 성과가 향후 얇게 박리한 시료나 층상 이종구조에서 교자성 전자상태를 분석하는 데 기초 자료로 활용될 것으로 기대하고 있다.
이번 연구는 국제 연구진과 3년간 공동으로 수행했다. 국내에서는 포스텍·기초과학연구원(IBS) 원자제어 저차원 전자계 연구단의 김준성 교수와 송원섭 연구원이 어드밴스드 머티리얼스 논문의 열용량 측정과 분석에 참여했다.
황 교수는 지난해 층마다 자화 방향이 직교하는 2차원 층상구조 강자성 물질 연구를 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 발표한 데 이어, 층상 자성 물질의 성장과 물성 규명 연구를 이어가고 있다.
이번 연구는 한국연구재단 창의도전연구기반지원사업과 과학기술정보통신부의 기초과학연구원 연구단 지원을 받아 수행됐다.