자화가 거의 없는 새로운 자성은 어디까지 왔나

물질 속에 자기적 성질을 지닌 원자들이 규칙적으로 배열돼 있어도, 물질 전체가 자석처럼 강하게 반응하는 것은 아니다. 원자들의 자기적 방향이 서로 반대이면 그 효과가 상쇄되기 때문이다. 그러나 물질 안의 규칙적인 배열은 그대로 남을 수 있다.

최근 주목받는 알터자성(altermagnetism)이 이런 자기질서의 한 종류다. 물질 전체의 자화는 거의 없지만, 전자의 에너지 상태에는 결정 방향에 따라 달라지는 뚜렷한 규칙이 나타날 수 있다.

알터자성은 새로운 메모리 기술의 후보이기도 하다. 서로 다른 자기질서 상태를 0과 1에 대응시키고 전기적으로 읽거나 바꿀 수 있다면, 정보를 저장하는 데 활용할 수 있다. 자화가 작아 주변 소자에 미치는 자기적 간섭을 줄일 가능성도 있다. 다만 이러한 가능성이 실용 메모리에서 검증된 것은 아니다.¹

2022년 알터자성이 이론적으로 체계화되면서 이산화루테늄(RuO₂)이 유력한 후보로 떠올랐다. 그러나 이후 일부 시료를 조사한 정밀 실험에서는 예상했던 스핀 분리나 자기질서를 확인하지 못했다. 다른 물질에서는 알터자성을 뒷받침하는 증거가 쌓였고, 2026년 10월에는 원자 수준에서 전자 신호를 구별하는 새로운 실험도 발표됐다. 같은 알터자성 연구라도 어떤 물질에서 무엇을 측정했는지에 따라 말할 수 있는 결론이 달라진다.¹²

자화가 작아도 자기질서는 남는다

보통의 막대자석에서는 많은 원자가 지닌 자기적 성질이 비슷한 방향으로 향한다. 원자나 전자가 지닌 이 성질의 방향과 크기를 자기모멘트라고 한다. 물질 안의 자기모멘트들이 전체적으로 어느 방향으로 얼마나 정렬돼 있는지를 나타내는 양이 자화다.

반면 이웃한 원자들의 자기모멘트가 서로 반대 방향으로 규칙적으로 배열될 수도 있다. 이런 배열을 보이는 대표적인 상태가 반강자성이다. 자기모멘트가 서로 상쇄되면 자화는 거의 0이지만, 내부에는 규칙적인 자기질서가 남는다.

그렇다면 알터자성은 기존의 반강자성과 무엇이 다를까.

차이는 전자의 에너지 상태에서 나타난다. 전자에는 자기적 성질과 관련된 스핀이라는 양자적 특성이 있다. 스핀은 서로 반대인 두 상태로 구분할 수 있지만, 전자가 실제로 회전한다는 뜻은 아니다. 두 스핀에 대응하는 전자 상태는 에너지가 같을 수도, 다를 수도 있다.

이 기사에서 다루는 물질은 원자들이 일정한 규칙에 따라 반복 배열된 결정이다. 결정 속에서는 전자가 움직이는 방향에 따라 에너지 상태가 달라질 수 있다. 알터자성에서는 한 방향에서 나타난 두 스핀의 에너지 차이가 다른 방향에서는 반대로 바뀌는 특징이 예측된다.¹

같은 운동 상태에서 반대 스핀에 대응하는 전자들의 에너지가 달라지는 현상을 스핀 분리라고 한다. 전자 하나가 둘로 갈라진다는 뜻은 아니다. 원자배열을 특정한 각도로 돌리거나 일정한 거리만큼 옮겨도 배열의 규칙이 유지되는 성질을 결정의 대칭성이라고 한다. 알터자성에서는 자기모멘트의 배열과 방향에 따른 스핀 분리가 이 대칭성으로 연결된다.

따라서 알터자성을 확인하려면 원자들의 자기배열, 방향에 따른 전자 에너지 차이, 스핀의 관계를 서로 다른 실험으로 검증해야 한다.

RuO₂에서 엇갈린 실험 결과

2022년 RuO₂ 박막에 전류를 흘리자 전류와 직각인 방향으로도 전압이 나타났다. 연구진은 이를 알터자성과 관련된 비정상 홀 효과로 해석했다. 특정한 자기질서가 이런 전기적 반응을 만들 수 있으므로 중요한 단서로 받아들여졌다.²

하지만 직각 방향으로 전압이 나타났다고 해서 자기모멘트의 배열을 직접 확인한 것은 아니다. 다른 전자구조나 측정 조건도 전기신호에 영향을 줄 수 있다. 이후 연구진은 전자의 에너지와 스핀, 내부 자기배열을 각각 조사했다.

2024년 Jiayu Liu 공동연구진은 시료에 빛을 쏘아 방출된 전자의 에너지와 운동 방향을 측정했다. 이 방법을 광전자분광이라고 한다. 전자의 스핀까지 구별해 보았지만, 얇은 막 형태의 시료인 박막과 원자배열이 한 방향으로 이어진 단결정 모두에서 예상한 스핀 분리를 찾지 못했다. 관측된 전자구조는 자기질서가 없다고 가정한 계산과 더 잘 맞았다.³

같은 해 Philipp Keßler 공동연구진은 물질 내부의 자기배열을 조사했다. 박막에서는 매우 작은 내부 자기장을 감지하는 방법을 사용하고, 단결정에서는 중성자를 쏘아 나타나는 산란무늬를 측정했다. 두 실험은 시료와 측정 대상이 달랐지만, 조사한 범위에서는 모두 예상한 자기질서를 확인하지 못했다. 과거 자기질서의 증거로 해석했던 중성자 신호 일부도 중성자가 여러 번 산란되는 현상으로 설명했다.⁴

2026년 Tiema Qian 공동연구진은 RuO₂ 단결정에 강한 자기장을 가한 뒤 자화와 시료에 작용하는 회전력인 자기 토크를 측정했다. 이 연구에서도 장거리 자기질서를 검출하지 못했다. 장거리 자기질서란 자기모멘트의 규칙적인 배열이 인접한 원자에만 머물지 않고 결정의 넓은 범위까지 이어지는 상태다.⁵

그렇다고 알터자성 자체가 부정된 것은 아니다. 신호가 검출되지 않았다는 결론은 조사한 시료와 측정 감도의 범위 안에서만 성립한다.

RuO₂를 다른 결정 위에 얇은 막으로 성장시키면 두 물질의 원자 간격 차이 때문에 RuO₂의 격자가 늘어나거나 압축될 수 있다. 원자 사이의 거리가 달라지면 전자의 에너지 상태도 달라질 수 있다. 2026년 이승준 공동연구진은 일부 변형 조건에서 알터자성형 스핀 분리가 가능하다는 계산 결과를 제시했다. 다만 실제 박막의 자기질서를 관측한 것은 아니다.⁶

RuO₂를 둘러싼 쟁점은 결국 시료의 상태와 조건에 따라 어떤 자기질서가 나타나는지 확인하는 데 있다.

MnTe와 CrSb에서 쌓인 증거

RuO₂에 관한 의문이 커지는 동안 다른 물질에서는 알터자성을 뒷받침하는 실험이 이어졌다. 서로 다른 방법으로 얻은 결과가 앞선 실험에서 확인하지 못한 부분을 보완했다.

MnTe에서는 2024년 J. Krempaský 공동연구진이 광전자분광으로 전자의 에너지가 나뉘는 현상을 관측하고 이론의 예측과 대조했다.⁷

같은 해 O. J. Amin·A. Dal Din 공동연구진은 MnTe에서 자기모멘트의 배열 방향이 서로 다른 구역을 영상으로 확인했다. 이를 자기영역이라고 한다. 2026년에는 Zheyuan Liu 공동연구진이 편극 중성자 회절로 결정 내부의 자기질서를 조사했다. 이 연구에서는 약한 자기장을 걸어 냉각하는 조건에 따라 자기질서의 방향이 달라지는 현상도 관측됐다.⁸

세 연구는 전자의 에너지 상태, 자기영역의 분포, 결정 내부의 자기배열을 각각 측정했다. 관측 대상은 달랐지만 결과는 MnTe의 알터자성 해석을 서로 다른 측면에서 뒷받침했다.

CrSb에서도 검증이 이어졌다. 2024년 Sonka Reimers 공동연구진은 전자의 에너지가 결정 방향에 따라 달라지는 현상을 관측했지만, 두 상태의 스핀까지 직접 측정한 것은 아니었다.⁹ 2025년 Guowei Yang 공동연구진은 스핀을 구별하는 광전자분광으로 이 부분을 확인했다.¹⁰

2026년에는 측정 방법이 더 다양해졌다. 한 연구진은 전기 저항이 사라지는 초전도체를 CrSb에 접촉시키고, 접촉면의 전압과 전류 관계를 분석해 결정 방향별 스핀 편극을 추정했다. 이는 접촉면의 전기신호를 모형으로 해석한 값이며, 스핀을 직접 구별해 측정한 결과와는 다르다. 다른 연구진은 강한 자기장을 바꿀 때 미세한 신호가 주기적으로 달라지는 양자진동을 분석해 결정 내부의 전자 상태를 조사했다.¹¹

이렇게 전자의 에너지와 스핀, 결정 내부의 상태를 서로 다른 원리로 검사한 결과가 하나의 해석을 뒷받침했다.

새 탐침으로 표면의 스핀을 구별하다

다만 전자의 에너지와 스핀에 관한 측정을 결정 표면의 원자 위치와 정확히 연결하기는 어려웠다.

2026년 10월 13일 《Nature》에 발표된 연구에서 Zhuying Wang 공동연구진은 현미경의 탐침을 바꿔 이 문제를 조사했다.¹⁴

주사터널링현미경은 매우 가는 탐침을 시료 표면 가까이 가져가 그 사이로 흐르는 미세한 전류를 측정한다. 탐침을 움직이며 전류의 변화를 기록하면 원자 수준에서 표면의 전자 상태를 조사할 수 있다. 그러나 일반 탐침에는 서로 반대인 스핀의 신호가 섞여 나타나기 쉽다.

연구진은 가장자리를 따라 움직이는 전자의 진행 방향과 스핀이 서로 연결되는 특수한 결정 재료를 탐침에 사용했다. 이 성질을 이용하면 반대 스핀에서 비롯된 신호를 구별하기가 쉬워진다. 재료의 종류와 탐침 제작·보정 방법은 각주에 정리했다.¹⁴

연구진은 먼저 자기배열이 알려진 물질을 새 탐침과 일반 금속 탐침으로 각각 측정해 스핀을 구별하는 성능을 확인했다.¹⁴

실험 대상은 원자층이 쌓인 구조를 가진 금속 KV₂Se₂O였다. 이 물질에서는 2025년 이미 상온 측정에서도 알터자성을 뒷받침하는 증거가 보고됐다. 이번 연구는 물질의 첫 발견이 아니라 표면의 원자 위치와 스핀에 민감한 전자 신호를 연결했다는 데 의미가 있다.¹⁴

연구진은 표면에서 서로 다른 바나듐 원자 자리와 원자배열의 미세한 변화를 구별했다. 이어 표면의 결함 주변에서 전자 신호가 만드는 무늬를 분석했다. 전자는 파동처럼 행동하기도 한다. 결함에서 흩어진 전자의 파동이 서로 겹치면 간섭무늬가 생기는데, 이 무늬가 어느 방향으로 뚜렷하게 나타나는지 살핀 것이다.

측정 결과는 원자배열의 방향 차이만으로 설명하기 어려웠다. 자기장의 방향을 바꾸면 서로 직각인 두 결정 방향에서 신호의 에너지가 반대 방향으로 변했다. 탐침에 가하는 전압의 부호를 바꾸자 두드러진 간섭무늬의 방향도 90도 바뀌었다. 일반 탐침과 비교하는 대조실험도 진행했다.¹⁴

이러한 결과는 KV₂Se₂O의 표면층에서 결정 방향에 따라 스핀 관련 전자 상태가 달라진다는 해석을 뒷받침한다. 원자 위치와 전자 신호를 함께 비교해 얻은 결론이다.

그러나 현미경으로 살핀 것은 결정의 표면층이다. 내부의 층과 층 사이에서 자기모멘트가 어떻게 배열되는지는 별도로 확인해야 한다. 현미경 측정은 주로 4.8K(약 영하 268도)에서 이뤄졌다. 상온에서 작동하는 메모리를 입증한 결과는 아니다.¹⁴

X선으로 두 종류의 철 원자를 구별하다

다음 날인 10월 14일 《Nature Communications》에는 Ganesha Channagowdra 공동연구진의 연구가 발표됐다. 이들은 전기가 잘 통하지 않는 자성 물질 Fe₂Mo₃O₈을 조사했다. 이 물질에서 철 원자는 서로 다른 두 종류의 자리를 차지한다.¹⁵

한쪽 철 원자는 산소 원자 네 개, 다른 쪽은 여섯 개에 둘러싸여 있다. 같은 철이라도 주변 원자배열이 다르면 전자의 에너지 상태와 X선에 대한 반응이 달라진다. 연구진은 이 차이를 이용해 두 철 원자 자리가 X선에 어떻게 반응하는지 조사했다.

연구진은 시료에 X선을 쏘고 산란돼 나오는 X선의 에너지를 측정했다. 입사한 X선과 산란된 X선의 에너지 차이에는 시료 내부 전자 상태의 변화가 반영된다. 에너지 차이를 이론 계산과 대조하면 서로 다른 두 철 원자 자리에 대응하는 신호를 구별할 수 있다. 이러한 방법을 공명 비탄성 X선 산란(RIXS)이라고 한다.¹⁵

연구진은 X선의 원형 편광도 바꿔 가며 측정했다. 원형 편광은 X선의 전기장 진동 방향이 진행하면서 회전하는 상태를 말한다. 회전 방향이 서로 반대인 두 X선에 시료가 다르게 반응하면 원형 이색성이 나타났다고 한다. 이 차이를 통해 시료의 대칭성이 어떻게 달라지는지 살펴볼 수 있다.¹⁵

두 종류의 철 원자 자리에서 모두 원형 편광 방향에 따른 신호 차이가 나타났다. 그러나 이러한 차이만으로 자기질서가 원인이라고 단정할 수는 없다. 다른 요인으로도 원형 이색성이 나타날 수 있기 때문이다.

연구진은 온도와 측정 방향을 바꾸며 신호를 대조했다. 시료를 가열해 자기질서가 사라진 뒤에는 편광에 따른 신호 차이도 측정 불확실성 안에서 사라졌다. 자기질서가 남아 있는 상태라도 거울대칭이 유지되는 방향으로 측정하면 차이가 나타나지 않았다. 이 두 결과는 신호를 자기질서와 연결하는 근거가 됐다.¹⁵

연구진은 관측 결과를 바이 알터자성(bi-altermagnetism)이라는 자기질서 모형과 대조했다. 결정에서 같은 종류의 자리를 차지하는 원자들이 반복적으로 이루는 배열을 부분격자라고 한다. 이 모형에서는 서로 다른 두 철 원자 자리의 부분격자에서 각각 알터자성형 자기질서가 나타난다. '바이'라는 이름은 단순히 철 원자 자리가 두 종류라는 뜻이 아니라 두 종류의 자기질서가 함께 성립한다는 해석을 담고 있다.¹⁵

X선 측정과 계산은 이 해석을 뒷받침했다. 다만 개별 철 원자의 스핀 방향을 직접 측정한 결과는 아니다. 철 원자 자리별로 구별한 X선 신호가 온도와 측정 방향에 따라 어떻게 달라지는지 살피고, 이를 자기질서 모형과 비교한 연구다. 이 결과만으로 RuO₂ 논쟁이 해결되거나 메모리 소자의 성능이 입증되는 것도 아니다.

자기질서를 전기적으로 읽고 바꾸다

앞서 살핀 연구들은 물질에 따라 알터자성을 뒷받침하거나 의문을 제기하는 결과를 내놓았다. 알터자성이 확인된 물질을 메모리에 활용하려면 자기질서를 원하는 상태로 바꾸고 그 상태를 읽어야 한다.

정보를 저장하려면 구별되는 두 상태를 안정적으로 만들고, 전기적으로 기록하고 판독해야 한다. 이를 각각 쓰기와 읽기라고 한다. 알터자성 물질에서는 전체 자화가 거의 상쇄되므로, 일반 자석의 자화 방향을 측정하는 방식만으로는 그 상태를 가려내기 어렵다.

2025년 Zhiyuan Zhou 공동연구진은 CrSb에 금속층을 결합하고 전류로 자기질서의 방향을 바꾸는 실험을 발표했다. 백금(Pt)을 결합한 구조에서는 외부 자기장의 도움이 필요했지만, 텅스텐(W)을 결합한 다른 구조에서는 측정 중 외부 보조장 없이도 방향이 바뀌었다. 서로 다른 구조와 시험조건에서 얻은 결과이므로 모든 CrSb 소자가 자기장 없이 작동한다는 뜻은 아니다.¹²

2026년 8월 Zhaohui Li 공동연구진은 CrSb와 PtTe₂를 얇은 층으로 맞붙인 구조를 발표했다. 두 물질의 경계에서 나타나는 전기신호로 자기질서 상태를 간접적으로 판독하고, 전류를 흘려 배열 방향을 바꾸는 실험도 했다. 원자들의 배열을 직접 관찰한 것이 아니라 자기질서에 따라 달라지는 전기신호를 읽은 것이다.¹³

논문에 제시된 대표적인 쓰기 실험은 170K(약 영하 103도)에서 외부 보조 자기장 ±30mT를 가한 조건으로 진행됐다. 이 결과만으로 상온에서 작동하는 실용 메모리가 검증됐다고 말할 수는 없다. 정확한 시험조건은 각주에 명시했다.¹³

실용 메모리까지 남은 조건

전류로 자기질서의 방향을 바꾸는 데 성공해도 실용 메모리가 완성된 것은 아니다. 전원을 끈 뒤에도 정보가 얼마나 오래 유지되는지, 상태를 바꾸는 속도와 소비전력은 어떠한지, 여러 소자를 만들었을 때 성능 편차가 얼마나 큰지 확인해야 한다.

연구진이 수행한 반복 전류 펄스 시험만으로는 제품의 수명이나 장기 데이터 보존 능력을 평가할 수 없다. 실온에서 외부 보조 자기장 없이 정보를 쓰고 읽을 수 있는지도 별도로 검증해야 한다.¹³

알터자성을 메모리에 활용하려면, 실험에서 확인한 자기질서의 변화를 실제 사용 조건에서도 안정적으로 기록하고 읽을 수 있어야 한다.

각주

1. 알터자성의 이론적 정리. Libor Šmejkal·Jairo Sinova·Tomáš Jungwirth는 결정 대칭에 따라 기존 강자성·전통적인 반강자성과 구별되는 질서를 분류했고, 후속 전망 논문에서는 관련 연구의 흐름을 정리했다. 결정의 회전 대칭이 반대 스핀의 부분격자를 연결하는 경우, 전자의 운동 상태에 따라 스핀별 에너지가 달라질 수 있다. 두 논문은 이론과 개념을 다루므로 독립적인 실험 증거로 계산하지 않는다.

Šmejkal, Sinova & Jungwirth, Physical Review X 12, 031042 (2022). “Beyond Conventional Ferromagnetism and Antiferromagnetism: A Phase with Nonrelativistic Spin and Crystal Rotation Symmetry”. DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031042. Šmejkal, Sinova & Jungwirth, Physical Review X 12, 040501 (2022). “Emerging Research Landscape of Altermagnetism”. DOI: 10.1103/PhysRevX.12.040501.

2. RuO₂가 대표 후보가 된 배경. Feng·Zhou·Šmejkal은 공동 제1저자이며, Feng·Zhou가 박막 성장·전기·자기 측정을, Šmejkal 등이 이론 계산을 맡았다. Zhiqi Liu가 연구를 구상·지도했다. 박막의 비정상 홀 효과를 알터자성과 연결한 해석은 이후 예상된 자기질서를 찾지 못한 실험들과 함께 살펴야 한다. 별도로 Fedchenko 공동연구진은 광전자분광 결과가 시간역전 대칭의 깨짐을 뒷받침한다고 해석했다. Feng 논문에는 2022년 11월 그림의 기호와 수식 표기에 관한 출판사 정정이 있었다.

Feng et al., Nature Electronics 5, 735–743 (2022). “An anomalous Hall effect in altermagnetic ruthenium dioxide”. DOI: 10.1038/s41928-022-00866-z. Fedchenko et al., Science Advances 10, eadj4883 (2024). “Observation of time-reversal symmetry breaking in the band structure of altermagnetic RuO2”. DOI: 10.1126/sciadv.adj4883.

3. RuO₂의 스핀 분광 측정. Jiayu Liu·Jie Zhan·Tongrui Li·Jishan Liu가 공동 제1저자이다. 연구진은 박막·단결정의 ARPES 및 스핀 분해 ARPES에서 예상한 알터자성형 스핀 분리를 찾지 못했다. 관측한 전자구조는 자기질서를 가정하지 않은 계산과 더 잘 맞았다. 다만 이 결과만으로 조사하지 않은 시료나 변형 조건까지 배제할 수는 없다.

Liu et al., Physical Review Letters 133, 176401 (2024). “Absence of Altermagnetic Spin Splitting Character in Rutile Oxide RuO2”. DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.176401.

4. RuO₂의 자기질서 검사. Philipp Keßler·Laura Garcia-Gassull이 공동 제1저자다. Keßler·Simon Moser는 박막 성장·평가, Keßler·Moser·Zaher Salman 등은 μSR, Dmitry Khalyavin·Pascal Manuel·Fabio Orlandi는 단결정의 중성자 회절, Garcia-Gassull·Igor I. Mazin은 계산을 수행했다. 연구진이 제시한 μSR 검출 상한은 벌크 시료에서 1.14×10⁻⁴ μB/Ru, TiO₂(110) 위의 11nm 박막에서 7.5×10⁻⁴ μB/Ru였다. 과거 (100) 중성자 신호는 단결정에서 나타난 다중 산란으로 다시 해석했다. 박막에까지 중성자 실험을 적용한 것은 아니다.

장거리 자기질서는 규칙적인 자기배열이 가까운 원자에 국한되지 않고 물질의 먼 부분까지 이어지는 상태다. 검출하지 못했다는 결과는 장치의 검출 감도와 조사한 시료의 범위 안에서 해석해야 한다.

Keßler et al., npj Spintronics 2, 50 (2024). “Absence of magnetic order in RuO2: insights from μSR spectroscopy and neutron diffraction”. DOI: 10.1038/s44306-024-00055-y.

5. RuO₂의 고자기장 측정. Tiema Qian 공동연구진은 RuO₂ 단결정의 자화와 자기 토크를 최대 31T의 자기장에서 측정했지만, 검출 가능한 장거리 자기질서를 찾지 못했다. 연구진은 해당 단결정을 상자성 금속으로 해석한다. 이 결과만으로 변형 조건이 다른 박막의 자기질서까지 부정할 수는 없다.

Qian et al., Physical Review Research 8, L012072 (2026). “Determining the nature of magnetism in altermagnetic candidate RuO2”. DOI: 10.1103/s98c-nkgj.

6. RuO₂의 변형 조건에 관한 계산 연구. ACS 최종 출판본에 따르면 경희대 이승준(Seungjun Lee)은 첫 저자이자 Tony Low와 함께 교신저자다. 이승준·Seung Gyo Jeong·Jian-Ping Wang·Bharat Jalan·Tony Low 연구진은 제1원리 계산으로 결정 방향·변형·Hubbard U의 영향을 검토했다. TiO₂ 기판 위 (001)/(101) 방향은 외부 효과가 없으면 비자성일 것으로 제시하고, (100)/(110) 변형 박막에서는 알터자성형 스핀 분리와 스핀 수송 반응을 계산했다. 개별 계산 담당자의 기여도를 확정하는 정식 본문 CRediT은 확보하지 못했다. 이 논문은 실제 박막에서 자기질서를 확인한 실험 증거가 아니다.

Lee et al., Nano Letters 26, 8110–8116 (2026). “Strain-Driven Altermagnetic Spin-Splitting Effect in RuO2”. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6c00768.

7. MnTe의 전자 상태 검증. J. Krempaský·Libor Šmejkal·S. W. D’Souza는 공동 제1저자이다. Krempaský 등은 ARPES 측정과 해석을, Šmejkal·D’Souza 등은 이론 계산과 분광 시뮬레이션을 맡았다. 시료 제작과 온도별 측정에는 다른 연구자들도 참여했다. 측정한 MnTe의 전자구조는 알터자성형 스핀 분리라는 해석과 부합했다.

Krempaský et al., Nature 626, 517–522 (2024). “Altermagnetic lifting of Kramers spin degeneracy”. DOI: 10.1038/s41586-023-06907-7.

8. MnTe의 자기배열 영상화와 내부 검증. O. J. Amin·A. Dal Din이 공동 제1저자로 X선 자기광전자현미경(XPEEM) 실험·데이터 분석 및 제작에 함께 참여했고, P. Wadley 등과 연구를 이끌었다. 이 연구는 시료 형태와 냉각 조건을 이용해 자기영역을 관측하고 제어한 사례다. 별도로 Zheyuan Liu·Shinichiro Asai·Takatsugu Masuda 공동연구진은 벌크 MnTe의 편극 중성자 회절에서 알터자성 질서와 약강자성 성분을 관측하고, mT 규모의 서로 반대인 자기장을 걸고 냉각해 질서의 방향을 바꿨다. 두 연구 모두 전류로 정보를 기록하는 실험은 아니다.

Amin et al., Nature 636, 348–353 (2024). “Nanoscale imaging and control of altermagnetism in MnTe”. DOI: 10.1038/s41586-024-08234-x. Liu et al., Physical Review Letters 136, 256704 (2026). “Observation of Altermagnetic Order Switching in Bulk MnTe by Polarized Neutron Diffraction”. DOI: 10.1103/yklc-9n6t.

9. CrSb의 초기 전자구조 측정. Sonka Reimers·Lukas Odenbreit·Martin Jourdan이 CrSb(100) 에피택셜 박막을 준비하고 12K에서 스핀 비분해 SX-ARPES를 수행·평가했다. 약 0.6eV의 밴드 분리를 관측해 알터자성 계산과 대조했다. 스핀을 직접 구별한 측정은 아니므로 이 값을 스핀 분해 실험의 결과로 제시할 수는 없다.

Reimers et al., Nature Communications 15, 2116 (2024). “Direct observation of altermagnetic band splitting in CrSb thin films”. DOI: 10.1038/s41467-024-46476-5.

10. CrSb의 스핀 측정. Guowei Yang·Zhanghuan Li가 공동 제1저자이다. Yang은 ARPES 측정·분석을, Li는 제1원리 계산·모형 분석을 맡았다. Yang Liu가 연구를 기획했다. 스핀 분해 측정으로 반대 스핀에 대응하는 전자 상태와 스핀 분리가 사라지는 위치를 확인한 뒤, g-wave 대칭성에 관한 계산 결과와 비교했다.

Yang et al., Nature Communications 16, 1442 (2025). “Three-dimensional mapping of the altermagnetic spin splitting in CrSb”. DOI: 10.1038/s41467-025-56647-7.

11. CrSb의 상보적인 측정. Yan Zhang 공동연구진은 초전도 Nb 탐침을 CrSb 세 결정면에 접촉시켜 Andreev 반사를 측정했다. 방향별 스핀 편극률(약 73.4%, 67.9%, 61.9%)은 접촉면의 신호를 모형으로 분석해 추정한 값이다. 스핀 분포를 직접 관측한 결과는 아니다.

다른 논문에서 Mengmeng Long·Theodore I. Weinberger·Zheyu Wu는 공동 제1저자이다. Long은 결정 성장·특성평가와 양자진동에, Weinberger·Wu는 양자진동에, Weinberger는 DFT에도 기여했다. Alexander G. Eaton이 기획하고 Eaton·F. Malte Grosche가 지도했다. 연구진은 저온·강자기장 속 양자진동과 모형을 대조해 CrSb 벌크 전자 상태의 g-wave 질서 해석을 뒷받침했다. 두 연구는 서로 다른 물리량을 측정했으므로 같은 실험의 반복 검증으로 취급할 수 없다.

Zhang et al., Physical Review Letters 137, 016701 (2026). “Andreev Reflection to Probe Momentum-Dependent Spin Polarization in Altermagnet CrSb”. DOI: 10.1103/42m7-p7l3. Long et al., Nature 656, 854–860 (2026). “3D bulk-resolved g-wave altermagnetic order parameter in CrSb”. DOI: 10.1038/s41586-026-10902-z.

12. CrSb의 전기적 제어. 《Nature》 정식 출판본의 저자 기여도에 따르면 Zhiyuan Zhou는 공동 설계·시료 제작·수송 측정·분석·시뮬레이션, Xingkai Cheng·Mengli Hu는 대칭성·제1원리 계산, Ruiyue Chu는 소자 제작을 맡았고 Feng Pan·Cheng Song이 기획·지도했다. 교신저자는 Pan·Song이다. 출판본의 Fig. 4에 제시된 CrSb(1-100)/Pt는 보조 자기장에 의존하는 방식이고 W/CrSb(11-20)는 측정 중 보조장 없이 방향을 바꾸는 방식이다. 정식 출판본 초록에 나오는 실온의 비정상 홀 효과 측정은 자기질서 전환 실험과 구별해야 한다. 두 소자의 쓰기 실험이 모두 실온이었다고 기술하지 않는다. 예비원고 arXiv:2403.07396의 Fig. 4·Methods에 나타난 보조장·펄스 조건은 저자 구성도 달라진 예비원고의 자료이므로 최종본의 확정 수치로 옮기지 않았다. 정식 출판본에서 장치별 쓰기 온도를 충분히 확인하지 못했으므로 본문에는 그 수치를 제시하지 않았다.

Zhou et al., Nature 638, 645–650 (2025). “Manipulation of the altermagnetic order in CrSb via crystal symmetry”. DOI: 10.1038/s41586-024-08436-3.

13. PtTe₂/CrSb의 전기적 읽기와 쓰기. 《Nature Materials》 정식 출판본(2026-08-24)은 Zhaohui Li·Wenqing He·Hua Bai·Yang Wang 네 사람의 공동 제1저자 지위를 명시한다. 교신저자는 Lei Shen·Hyunsoo Yang이다. 출판본의 저자 기여도에 따르면 Li는 시료 성장·전기수송과 쓰기 측정, He는 거시 스핀 시뮬레이션과 분석, Bai는 분석, Yang Wang은 Xiwen Zhang과 함께 제1원리 계산을 맡았다고 구분한다. 자화 측정 담당자는 별도의 공저자인 Yongxi Wang이다. Grutter·Kinane·Caruana는 편극 중성자 반사율, Lei Shen은 계산 지도, Hyunsoo Yang은 기획·연구 총괄을 맡았다. 연구진은 PtTe₂에 나타난 근접효과에 따른 비정상 홀 신호로 자기질서 상태를 간접적으로 판독했다. 전류에 따른 방향 변화는 다른 측정 결과와 이론을 함께 고려해 해석했다.

《Nature Materials》 정식 출판본의 초록과 그림 1–4는 근접효과에 따른 비정상 홀 판독과 스핀-궤도 토크를 이용한 자기질서의 방향 바꾸기를 핵심 결과로 제시한다. 상세 프로토콜 수치는 별도의 공개 예비원고 arXiv:2607.07299의 Methods·Fig. 4에 근거한다. 예비원고의 PtTe₂(5nm)/CrSb(8nm) 구조에서 대표적인 쓰기 조건은 170K, 면내 보조 자기장 ±30mT, 10ms 쓰기 펄스이며, 전류를 끈 뒤 500ms를 기다렸다가 100μA로 홀 저항을 읽었다. Fig. 4h는 이 조건의 펄스 6,000회 반복 시험을 기록한다. 예비원고에 실린 수치를 정식 출판본 보충자료까지 모두 검증한 값으로 제시하지 않는다. 반복 시험 역시 제품의 장기 보존기간이나 수명, 상온에서의 무보조장 작동을 입증하지 않는다. 별도로 수행한 300K·5T 조건의 스핀 홀 자기저항 측정을 그림 4의 쓰기 실험과 혼동해서는 안 된다.

Li et al., Nature Materials, online 24 August 2026. “Electrical manipulation and detection of perpendicular altermagnetic order via a proximitized Dirac semimetal”. DOI: 10.1038/s41563-026-02721-4.

14. KV₂Se₂O의 선행 검증과 원자 규모 스핀 민감 측정. Bei Jiang 공동연구진은 2025년 KV₂Se₂O의 금속성 상온 d-wave 알터자성, 스핀 편극 전자구조와 스핀밀도파를 발표했다. 2026년 논문의 새 기여는 물질을 처음 발견한 것이 아니라, 같은 표면에서 원자 위치와 스핀에 민감한 신호를 연관 지어 측정한 데 있다.

Jiang, B. et al., “A metallic room-temperature d-wave altermagnet,” Nature Physics 21, 754–759 (2025), DOI: 10.1038/s41567-025-02822-y.

Zhuying Wang·Shuikang Yu·Xingkai Cheng·Xiaoyu Xiao가 2026년 Nature 논문의 공동 제1저자다. 연구진은 고차 위상절연체 α-Bi₄Br₄의 가장자리 전자 상태를 이용해 전자의 진행 방향과 스핀을 선택하는 탐침을 제작하고, Au(111) 표면에서 탐침을 보정했다. Fe₁.₀₂Te의 반강자성 줄무늬를 일반 PtIr 탐침과 비교해 탐침의 스핀 민감도를 확인한 뒤 KV₂Se₂O의 표면층을 조사했다. 연구진은 결함 위치와 격자의 변화를 원자 수준에서 대조했다. 이어 자기장에 따른 두 방향의 준입자 에너지 변화와 전압 극성을 뒤집었을 때 90도 달라지는 스핀 민감 간섭무늬를 종합해 2차원 d-wave 알터자성이라는 해석을 제시했다. 해당 탐침을 20개 이상 제작했으나, 표면의 불균일성과 탐침 상태의 제약 때문에 KV₂Se₂O에서 스핀을 구별하는 측정에 성공한 경우는 제한적이었다. 연구진은 층 사이 자기배열을 확정하지 못했다고 별도로 명시한다. 수치와 보정 절차, 대조실험에 관한 설명은 공개 저자 원고 arXiv:2512.23290의 그림 2–5와 Methods에 근거한다. 현미경 측정은 주로 4.8K에서 이뤄졌다. 10월에 조기 공개된 《Nature》 논문은 편집·조판이 끝나기 전 상태다. 출판사 보충자료의 모든 그림을 별도로 대조·검증한 것은 아니다.

Wang, Z., Yu, S., Cheng, X. et al., “Atomic-scale spin sensing of a 2D d-wave altermagnet via helical tunneling,” Nature, 13 October 2026, DOI: 10.1038/s41586-026-11257-1.

15. Fe₂Mo₃O₈의 부분격자별 RIXS 원형 이색성. Ganesha Channagowdra 공동연구진은 Fe²⁺가 사면체형·준팔면체형의 두 자리를 차지하는 Fe₂Mo₃O₈ 단결정에 철 L₃ 흡수 경계 부근의 X선을 조사했다. 공명 비탄성 X선 산란(RIXS)으로 사면체형 철 자리에 대응하는 약 0.5eV의 여기 신호와 준팔면체형 자리의 약 1eV 신호를 구별했다. 낮은 에너지의 스핀·궤도 여기 신호도 준팔면체형 자리에서 비롯된 것으로 해석했다. 이처럼 원자 내부의 여기 신호를 두 철 자리와 연결한 다음, 좌·우 원형 편광을 바꿔 가며 산란 강도의 차이(CD)를 비교했다. 자기질서가 유지되는 약 32K에서는 신호가 나타났으나, 자기 전이 온도인 약 60K를 넘기자 측정 불확실성 안에서 사라졌다. 자기질서가 유지되더라도 거울대칭을 보존하는 다른 산란 평면에서는 신호 차이가 사라진다는 점도 대조실험으로 확인했다. 두 철 원자 자리에서 얻은 신호는 Weiss 장을 적용한 원자모형 계산과 부합했다. 이는 바이 알터자성에 따른 대칭성 신호라는 해석을 뒷받침한다. 다만 X선 산란 스펙트럼은 원자별 스핀 방향을 직접 나타낸 영상이 아니며, 계산 모형에는 철 자리 사이의 직접적인 전자 이동(hopping)이 포함되지 않았다. RIXS의 원형 이색성은 자기질서 이외의 원인으로도 나타날 수 있다. 따라서 측정 방향과 자기 전이 온도를 바꿔 가며 얻은 대조 결과가 해석의 핵심이다. 그림 1–3과 Methods·대조실험은 공개 저자 원고 arXiv:2512.00737v2를 기준으로 검토했으며, 《Nature Communications》의 정식 보충자료와 동료심사 기록은 아직 전부 대조하지 못했으며, 출판 전 별도 확인이 필요하다.

Channagowdra, G., Singh, A., Huang, H.-Y. et al., “Signatures of bi-altermagnetism revealed by sublattice-specific circular dichroism in resonant inelastic X-ray scattering,” Nature Communications, 14 October 2026, DOI: 10.1038/s41467-026-78163-y.