[데일리비즈온 심재율 전문기자] 에너지를 사용하지 않거나 혹은 거의 필요로 하지 않고 컴퓨팅을 할 수 있다면 얼마나 좋을까? 이 꿈같은 숙제를 푸는 연구가 발표됐다.

웬만하면 무시할 만한 이야기지만, 세계적으로 가장 권위 있는 저널 중 하나인 네이처(Nature)에 발표된 연구결과여서 더욱 관심을 끈다.

이 새로운 발명은 자석을 사용하여 사실상 에너지를 전혀 소비하지 않고, 컴퓨터 데이터를 기록하게 한다.  빨리 데이터를 처리하려면 에너지를 많이 써야 하는 딜레마에 빠진다. 이번 연구는 그런 딜레마를 해결할 지도 모른다는 희망을 갖게 하고 있다.

오늘날 데이터 센터에 있는 서버는 전 세계 전력 소비량의 2% 내지 5%를 소비하면서 많은 열을 발생시킨다. 많은 열을 식히기 위해 또다시 냉각하는데 전력이 들어간다.

이 문제는 생각보다 매우 심각하다. 마이크로소프트는 서버를 냉각시키고 비용을 줄이기 위해 수백 개의 데이터 센터 서비스를 바다에 설치했다.

대부분의 데이터는 자기 하드 드라이브에서 스핀이라고 하는 작은 자석의 방향을 통해 2진 정보(0 또는 1)로 인코딩된다. 자기 읽기/쓰기 헤드는 엄청난 양의 에너지를 소모하는 전류를 사용하여 정보를 설정하거나 검색하는 데 사용된다.

랑카스터 대학(Lancaster University) 연구팀은 네이처에 발표한 논문에서 극히 짧은 빛의 펄스로 전기를 대체함으로써 이 문제를 해결했다고 16일 발표했다. 빛의 펄스는 자석위에 있는 특수 안테나에 집적된다.

이 새로운 방법은 매우 빠르면서도 에너지 효율 매우 높아서 자석의 온도는 전혀 올라가지 않는다.

연구팀은 자석을 테라헤르츠(terahertz) 범위에 들어가는 매우 짧은 광폭으로 진동시켜 이 새로운 방법을 증명했다. 그러나 현존하는 가장 강력한 테라헤르츠 광원조차도 자석의 방향을 바꿀 만큼 강한 펄스를 제공하지 못했다.

연구팀은 스핀과 테라헤르츠 전기장 사이의 효율적인 상호작용 메커니즘을 활용하여 돌파구를 마련했다.

그 후 과학자들은 아주 작은 안테나를 개발해 자석의 꼭대기에 달아 빛의 전기장을 모으고 강화시켰다. 이 가장 강력한 국부 전기장은 자석의 자성을 1조 분의 1초 만에 새로운 방향으로 탐색하게 만들기에 충분했다.

이 과정은 회전당 단 하나의 테라헤르츠 빛의 양자, 즉 1광자의 에너지를 필요로 하기 때문에 자석의 온도는 전혀 증가하지 않았다.

연구에 참여한 미하일로프스키(Mikhaylovsky) 박사는 "기록적으로 낮은 에너지 손실은 이러한 접근법을 확장 가능하게 한다"고 말했다.

*논문제목 Temporal and spectral fingerprints of ultrafast all-coherent spin switching.