MnTe 교대자성 — 요스트팀의 2026 Science 실험, 메모리 전력도 줄일까

눈길을 끄는 대목은 자석의 세기가 아닙니다. 겉으로 드러나는 자화가 없어도 내부의 스핀 정보는 구별할 수 있습니다. 다만 이번 성과는 물성을 알아내는 실험입니다. 실제 칩의 소비전력이나 생산 수율을 개선했다는 발표와는 거리가 있습니다.

요스트팀은 누구이고, 각자 무엇을 맡았나

요스트는 연구를 구상하고 실험과 데이터 분석을 주도했습니다. 레이철 니켈(Rachel Nickel)은 프랑스 유럽방사광시설 ESRF의 ID32에서 실험 설계와 측정을 도왔습니다. 마티아스 F. 클링(Matthias F. Kling)은 SLAC·스탠퍼드 소속 공동저자로 결과 해석과 원고에 기여했습니다. 출처: 저자 공개 원고: Chiral Altermagnon in MnTe 출처: SLAC: Researchers find proof of altermagnetism

시료와 계산도 별도의 전문성이 필요했습니다. 노터데임대 레샴 바부 레그미와 니르말 J. 기미레는 시료를 합성하고 특성을 확인했습니다. 스탠퍼드·SIMES의 에데르 G. 로멜리는 전자구조와 원자 내부 전자 상태 계산을 맡았습니다. 이 역할 구분은 저자들이 공개한 원고의 기여문에 근거합니다. 출처: 저자 공개 원고: Chiral Altermagnon in MnTe

요스트는 2025년 Physical Review X에 실린 시간분해 X선 분광 연구의 제1저자이기도 합니다. 물질에 빛을 쏜 뒤 전자 상태가 어떻게 반응하는지 읽는 연구입니다. 이번 논문도 정교한 빛과 측정 장치를 이용해 눈에 보이지 않는 차이를 확인한다는 연구 경험의 연장선에 있습니다. 출처: Stanford Profiles: Daniel Jost

MnTe 교대자성, 전체 자화가 0인데 무엇이 다를까

스핀은 전자가 가진 양자역학적 각운동량입니다. 자성을 설명할 때는 방향을 가진 작은 화살표처럼 생각하면 이해하기 쉽습니다. 강자성체에서는 이 방향들이 나란히 정렬돼 전체 자화가 생깁니다. 통상적인 반강자성체에서는 반대 방향들이 상쇄됩니다. 여기서 반강자성은 외부 자기장을 약하게 밀어내는 반자성과 다른 개념입니다.

교대자성(altermagnetism)은 반대 스핀이 상쇄되면서도 결정 속 배열의 대칭 때문에 전자의 에너지가 스핀에 따라 갈라지는 질서입니다. 전자가 어느 방향으로 움직이는지에 따라서도 그 차이가 달라집니다. 따라서 전체 자화가 없다는 사실만으로 내부의 전자 상태까지 똑같다고 판단할 수 없습니다. 출처: Šmejkal et al.: Altermagnetism, spin-momentum locked phase

요스트팀은 이번에 전자 에너지띠 자체보다 스핀들의 집단 운동을 겨냥했습니다. 이 운동을 스핀파라고 하며 그 양자 단위를 마그논이라고 부릅니다. 전자 하나의 상태뿐 아니라 여러 스핀이 함께 움직일 때도 교대자성의 특징이 남는지 확인한 것입니다. 출처: PubMed: Science 논문 서지와 최종 초록

니켈과 요스트가 X선의 좌우를 바꿔 본 이유

연구진은 MnTe, 즉 망가니즈와 텔루륨으로 이뤄진 물질에 좌·우 원편광 X선을 비췄습니다. 원편광은 빛의 전기장 방향이 진행하면서 회전하는 상태입니다. 회전 방향을 바꾸고 산란돼 나온 빛을 비교하면 물질이 두 방향에 다르게 반응하는지 알 수 있습니다. 출처: SLAC: Researchers find proof of altermagnetism

방법 이름은 CD-RIXS입니다. 물질이 잘 반응하는 에너지의 X선을 쏘고 산란 과정에서 잃은 에너지를 읽는 공명 비탄성 X선 산란에 좌우 편광 비교를 결합했습니다. 카이랄성은 왼손과 오른손처럼 서로 완전히 포개지지 않는 성질을 뜻합니다. 논문은 스핀파의 편광 응답이 운동량에 따라 달라지고 MnTe의 g-wave 대칭과 부합한다고 보고했습니다. 여기서 g-wave는 방향에 따라 신호가 바뀌는 대칭 패턴을 가리키는 말이지, 메모리 속도 등급이 아닙니다. 출처: PubMed: Science 논문 서지와 최종 초록

다만 여기서부터는 조금 조심해서 읽어야 합니다. 공개 원고의 핵심 측정은 30K, 섭씨 약 영하 243도에서 이뤄졌습니다. 두 편광 채널의 선폭 차이에는 작은 에너지 분리와 감쇠 차이라는 해석이 남아 있습니다. 저자들은 더 높은 분해능의 후속 실험을 제안했습니다. 따라서 좌·우 신호를 구별했다는 결과를 두 모드의 에너지 간격까지 확정했다는 뜻으로 넓히면 안 됩니다. 출처: 저자 공개 원고: Chiral Altermagnon in MnTe

전하를 덜 움직이면 비용도 줄어들까

요스트가 설명한 스핀트로닉스는 전자의 전하에 더해 스핀을 정보 처리에 이용하는 기술입니다. 그중 스핀파를 이용하는 방식은 신호를 보내는 구간에서 전하가 순이동하지 않아도 각운동량을 전달할 가능성이 있습니다. 전류가 저항을 만나 생기는 열을 줄이려는 이유가 여기에 있습니다. 하지만 신호 생성·검출과 주변 회로는 여전히 에너지를 씁니다. 출처: SLAC: Researchers find proof of altermagnetism

산업이 이 질문에 돈을 쓰는 데는 뚜렷한 배경이 있습니다. 국제에너지기구 IEA의 2025년 보고서에 따르면 2024년 세계 데이터센터 투자는 약 5,000억 달러였습니다. 이는 과거 투자 규모이며 MnTe의 시장 규모나 관련 기업 매출 전망은 아닙니다. 큰 설비를 오래 돌리는 산업에서는 작은 동작당 전력 차이도 누적 비용에 영향을 줄 수 있습니다. 출처: IEA Energy and AI: Executive summary

얼마나 절약되는지는 적용 범위가 결정합니다. 이해를 위해 전체 에너지 사용을 100으로 놓고 새 소자가 바꿀 수 있는 부분을 20%, 그 부분의 절감률을 50%로 가정해 보겠습니다. 추가 부담이 없다면 전체 사용량은 90이 됩니다. 그런데 변환 회로나 냉각에 8이 더 들면 98입니다. 부품의 절반 절감이 시스템에서는 2% 절감에 그칩니다. 이 숫자들은 계산 예시이며 논문 실측값이 아닙니다.

전력 절약이 처리량 증가로 이어질 수도 있습니다. 같은 전력 한도 안에서 더 많은 계산을 수행할 수 있다면 장비당 생산성이 올라갑니다. 다만 동작 속도와 오류율이 유지돼야 합니다. 처리량을 늘리면서 총전력은 그대로 둘 수도 있으므로, 전기요금 감소와 생산성 향상은 서로 다른 효과로 계산해야 합니다.

한국 MRAM 산업에 가까운 기회, DRAM 대체는 먼 질문

클링과 요스트의 연구를 한국 산업과 연결할 때 출발점은 이미 존재하는 자성 메모리입니다. MRAM은 자성 상태에 따른 전기저항 차이로 정보를 읽는 메모리입니다. 삼성전자는 2019년 3월 28nm FD-SOI 공정의 내장형 MRAM 상용 출하를 발표했습니다. 그때도 기존 논리반도체 공정에 메모리 모듈을 통합하는 능력을 비용 경쟁력으로 설명했습니다. 출처: Samsung: 28nm FD-SOI eMRAM commercial shipment

이 사례로 보면 스핀을 이용하는 기술에는 이미 실제 고객과 제조 경험이 있습니다. 그렇다고 삼성의 MRAM이 이번 MnTe를 사용하지는 않습니다. 새 물질이 들어오려면 얇은 막을 균일하게 만들고 전극과 붙여도 특성이 유지되고 기존 생산 공정의 열을 견뎌야 합니다. 소재 가격이 낮아도 공정이 늘거나 불량률이 높아지면 칩 원가는 올라갑니다.

DRAM은 전하를 저장하고 주기적으로 다시 채워 정보를 유지합니다. 이를 교대자성 소자로 대체하려면 전력뿐 아니라 저장 밀도, 접근 시간, 반복 사용 수명, 오류율, 가격까지 함께 비교해야 합니다. 요스트팀 논문에는 이런 메모리 배열의 비교 결과가 없습니다. 당장의 DRAM 매출 감소나 MRAM 시장 점유율 변화를 계산할 근거도 없습니다.

조건부로 보면 더 이른 기회는 연구용 박막, 정밀 측정, 전기적 제어 소자와 설계 자산에 있을 수 있습니다. 대량생산 이전에도 기업은 후보 물질을 비교하고 실패 원인을 찾는 데 비용을 지불하기 때문입니다. CoSi 반도체 배선 연구에서 다룬 소재 성능과 공정 원가의 거리도 같은 관점에서 읽을 수 있습니다.

다음 논문에서 확인할 것은 작동 온도와 읽기·쓰기

연구진이 방사광 X선으로 읽어낸 이 신호가 제품이 되려면 훨씬 작은 전기 회로 안에서 신호를 만들고 읽을 수 있어야 합니다. 아래 세 조건은 연구진이 제시한 상용화 일정이 아니라, 이번 결과를 사업으로 판단하기 위한 기준입니다. 칩의 실제 작동 온도에서 물성이 유지되고 신호 생성부터 검출까지의 에너지가 줄고 생산 수율을 포함한 원가가 경쟁력이 있어야 합니다.

1. 1
   온도에서 유지

   칩 작동 조건에서 물성 확인

2. 2
   전기로 쓰고 읽기

   주변 회로 포함 에너지·오류율 측정

3. 3
   균일하게 생산

   웨이퍼 수율·공정비·신뢰성 검증

온도 조건은 특히 현실적인 문제입니다. 공개 원고에서는 약 310K 부근의 자기질서 전이 이상에서 관련 신호가 사라졌습니다. 이를 곧바로 제품의 사용 온도 한계로 단정할 수는 없지만 뜨거워지는 칩에서도 필요한 질서를 유지할 물질과 구조를 찾아야 한다는 과제가 분명히 남습니다. 저온 측정에 성공했다는 사실만으로 서버 안에서의 작동을 보장할 수 없습니다. 출처: 저자 공개 원고: Chiral Altermagnon in MnTe

한국의 연구 인력 수요도 이 조건을 따라 달라질 수 있습니다. 결정 성장과 박막 공정을 다루는 재료 연구자, 스핀 상태를 측정하는 분광 연구자, 읽기·쓰기 회로를 설계하는 소자 연구자가 함께 일해야 합니다. 이번 논문이 국내 채용 증가를 입증하지는 않습니다. 위 내용은 산업화 투자가 이어질 경우 어떤 역량이 필요한지 따져 본 분석입니다. 아토초 X선 연구와 함께 읽으면 측정 기반시설이 소재 개발에서 맡는 역할도 보입니다.

센서나 양자 소자도 후보 응용이지만 필요한 성능은 서로 다릅니다. 센서는 원하는 신호에 대한 감도와 잡음을, 양자 소자는 상태를 얼마나 오래 제어할 수 있는지를 검증해야 합니다. 자기 간섭이 작을 가능성 하나로 모든 응용의 성능을 보장할 수는 없습니다.

요스트팀은 물질 안의 스핀 운동을 구별할 실험 근거를 더했습니다. 경제적 가치는 이 근거를 이용해 더 나은 소자를 고르고, 실제 동작 에너지와 제조비를 낮출 때 생깁니다. 다음 소식에서 관심 있게 볼 숫자는 막연한 시장 전망보다 작동 온도, 동작당 에너지, 수율입니다.

자료 범위: 2026년 11월 5일 확인 기준입니다. Science의 최종 서지·초록은 PubMed에서 확인했고, 세부 방법과 기여문은 저자 공개 원고를 참고했습니다. 원고 버전과 최종 출판본은 구분했습니다. 비용 계산과 국내 산업·인력 전망은 본문의 조건부 분석이며, 특정 기업이나 종목에 대한 매수·매도 추천이 아닙니다.

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스핀파의 산업적 가치는 실제 동작 에너지와 생산 수율에서 확인해야 합니다.

출처와 참고 링크

• Šmejkal et al.: Altermagnetism, spin-momentum locked phase
• Science: Chiral altermagnon in MnTe
• PubMed: Science 논문 서지와 최종 초록
• 저자 공개 원고: Chiral Altermagnon in MnTe
• SLAC: Researchers find proof of altermagnetism
• Stanford Profiles: Daniel Jost
• Samsung: 28nm FD-SOI eMRAM commercial shipment
• IEA Energy and AI: Executive summary