그래핀에서 스핀 및 밸리 수송에 관한 연구 동향

Abstract

그래핀은 전하와 스핀 그리고 밸리 자유도를 가지 2차원 물질이다. 그리고 이 3개의 자유도는 정보전달의 매개체로 활용할 수있다. 스핀트로닉스(spintronics)에서는 전자이동도가 크고 스핀궤도 결합이 매우 작은 그래핀을 스핀 채널로서 활용하고 있으며, 그래핀의 밸리를 전기적 또는 기계적인 방식으로 분극 시킬 수 있기 때문에 밸리트로닉스(valleytronics)에 그래핀을 이용하고 있다. 본 해설논문의 주제는 그래핀에서 스핀과 밸리의 수송에 관한 것이다. 그래핀에서 스핀 수송에 관한 연구는 주로 비국소적스핀 밸브 소자(nonlocal spin valve device)에서 이루어진다. 그 이유는 그래핀에 순수한 스핀 전류를 주입시킬 수 있고 전기적인 신호로 결과를 분석할 수 있기 때문이다. 또한 스핀 홀 효과를 이용하면 강자성 물질이나 외부자기장 없이 스핀 전류를 만들수 있기 때문에 그래핀에서 스핀 홀 효과를 측정하려는 노력들이 있다. 한편 공간반전 대칭이 깨진 상황에서 관찰되는 그래핀에서의 밸리 수송 역시 그래핀의 중요한 전도 특성이라고 할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 스핀 채널로서의 그래핀 활용, 그래핀 스핀 홀 효과에 관한 연구 동향 그리고 그래핀 밸리 홀 및 밸리 수송에 관한 연구 결과를 소개하며 그래핀의 스핀트로닉스와밸리트로닉스에 대한 전망 및 응용 가능성에 대해 간단히 서술한다.