앤트로픽(Anthropic)의 인공지능(AI) 에이전트 클로드 오퍼스 5.5(Claude Opus 5.5)와 연구팀이 차세대 메모리 기술인 스핀트로닉스(spintronics)에 활용될 수 있는 상온 자성 반도체 후보 물질 두 가지를 찾아냈습니다. 이들은 새로운 화합물(YBaMnFeO₅)을 설계하고, 1999년에 이미 합성된 물질(KV[Cr(CN)₆])의 숨겨진 잠재력을 재발견했습니다. 이 물질들은 계산상으로 자기모멘트가 서로 상쇄되어 외부 자기장 간섭을 줄이면서도, 전자의 스핀 방향을 구분하여 정보를 읽고 저장할 수 있는 특성을 가집니다.
새로 설계된 YBaMnFeO₅는 상온 이상에서 필요한 자기 특성을 유지할 것으로 예측되지만, 망가니즈(Mn)와 철(Fe) 원자를 규칙적으로 배열해야 하는 합성 난이도가 높다는 제약이 있습니다. 반면, 재발견된 KV[Cr(CN)₆]는 1999년 실험에서 이미 103°C까지 자기 질서를 유지하는 것이 확인되었으며, 이번 연구를 통해 스핀을 구분하는 에너지 범위와 그 견고성이 정량적으로 분석되었습니다. 이 물질은 크로뮴(Cr)과 바나듐(V) 금속이 각기 다른 자리에 고정되어 있어 YBaMnFeO₅보다 합성 시 원자 배열의 무질서도가 낮을 것으로 기대됩니다. 두 후보 물질 모두 밀도범함수이론(DFT) 계산을 통해 반도체 밴드갭과 상온 열적 요동보다 훨씬 큰 스핀 분리 구간을 가지는 것으로 나타났습니다.
이번 발견은 차세대 비휘발성 메모리(MRAM)와 같은 스핀트로닉스 기술 발전에 중요한 의미를 가집니다. 기존 강자성체는 외부 자기장 간섭이 크고 전력 소모가 많으며, 일반적인 반강자성체는 스핀 분리가 어려워 정보 저장에 한계가 있었습니다. 하지만 이번에 발견된 '루팅거 보상(Luttinger compensation) 자성체' 후보들은 순 자기모멘트가 0이면서도 스핀 분리가 가능하여, 더 조밀하고 빠르며 전력 효율적인 스핀 기반 소자 개발의 가능성을 열었습니다. 특히 이미 합성되어 상온 이상에서 자기 질서가 확인된 KV[Cr(CN)₆]의 재발견은 실용적인 스핀 기반 기술을 향한 중요한 단계로 평가됩니다. 다음 단계는 KV[Cr(CN)₆]를 재합성하여 예측된 스핀 분리 특성을 직접 측정하는 것입니다.