현재 상용화된 메모리는 디지털 신호의 최소 단위인 1비트(bit)를 저장하는 데약 10만개의 원자를 필요로 한다. 만일 원자 하나에 1비트를 저장할 수 있다면, USB(이동식 저장장치) 1개에 영화 50만편을 담을 수 있게 된다.
안드레아스 하인리히 IBS 양자나노과학연구단장(이화여대 물리학과 석좌교수) 팀은 희토류인 '홀뮴'(Ho·)원자에 1비트의 정보를 기록하고, 읽어내는 데 성공했다.
연구진은 산화마그네슘(MgO) 기판 위에 홀뮴 원자를 두고 영하 270℃ 이하에서 주사터널링현미경(STM)으로 관찰한 결과, 각 원자 속의 전자가 위(up)나 아래(down) 방향 중 한 종류의 스핀(spin·회전과 유사한 전자의 양자역학적 상태)을 가짐을 발견했다.
스핀은 외부에서 자기장을 걸어 줄 때 전자가 어떤 방향으로 배열되는가와 관련이 있다. 스핀의 종류별로 발생하는 전류의 세기가 다르므로 전류를 측정하면 원자의 스핀 정보를 읽어낼 수도 있다. 게다가 STM 탐침으로 홀뮴 원자에 전압을 가하면 스핀 방향을 바꾸는 것이 가능하다. 각 스핀을 디지털 신호 '0'과 '1'로 대체하면, 1비트의 정보 단위를 표현할 수 있다.
이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처'(Nature) 9일자에 실렸다.