자성 연구는 물리학과 재료과학의 핵심 분야 중 하나로, 스핀과 자기 모멘트의 고유한 특성을 활용하여 전자 소자의 기능 확장에 기여하면서 현대 정보기술 발전에 크게 기여해 왔다. 그동안에는 외부 자극을 통한 자화의 제어와 검출이 용이한 강자성 물질이 산업적으로 널리 활용되어 왔으며, 최근에는 알짜 자화가 0인 반강자성 물질에서 발현되는 특성을 활용한 차세대 스핀트로닉스 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

이러한 가운데, 반강자성 구조에서 알짜 자화가 없음에도 스핀 분리된 전자 밴드가 형성될 수 있음이 최근 밝혀졌고, 이러한 자성 상태를 기존의 강자성과 반강자성과 구분하여 ‘교자성(altermagnetism)’이라 부른다. 교자성은 강자성의 장점인 ‘스핀 분리’와 반강자성의 장점인 누설 자기장(stray field)이 없는 특성을 동시에 지녀, 고집적/저전력 스핀트로닉스 소자 구현을 위한 혁신적인 플랫폼으로 평가받고 있다. 특히, 교자성의 스핀 분리 밴드는 기존 강자성 소자를 대체 또는 보완하면서 비휘발성 메모리, 스핀 논리소자, 초고속 정보처리 등 다양한 분야에서 기술적 도약을 이끌 잠재력을 지니고 있다.

본 특집호에서는 교자성의 물리적 기원과 발현 원리를 소개하고, 다양한 교자성 물질계의 전자구조 및 자기적 특성에 관한 최신 연구 결과를 정리하였다. 아울러 교자성 물질 기반의 스핀 수송, 스핀 제어, 초고속 자기 동역학 및 응용 연구 동향도 함께 다루었다.

현재 교자성은 응집물질물리학과 재료과학을 아우르는 새로운 패러다임으로 자리 잡으며 전 세계적으로 연구 경쟁이 치열하게 전개되고 있다. 국내에서도 그 중요성을 인식하여 한계도전 연구사업을 필두로 이에 대한 연구가 활발히 추진 중에 있다. 본 특별호가 국내외 교자성 연구의 현주소와 향후 발전 방향을 조망하는 계기가 되기를 바라며, 관련 연구자들에게 유익한 정보와 창의적인 영감을 제공할 수 있기를 기대한다.

[객원 책임편집위원 광주과학기술원 교수 이종석 (jsl@gist.ac.kr)]