신호 손실이 없는 스핀-전기 전환효과를 이용한 차세대 전자소자 개발 - 전력손실은 작고 속도는 빠른 차세대 반도체개발 가능성 높여 □ 스핀트로닉스 소자는 전자의 전기적 특성과 자기적 특성을 모두 이용하는 차세대 전자소자로써 실리콘 이후 차세대 반도체 소자분야에서 가장 주목받는 후보이다. 스핀이 시계방향으로 돌면 “0”, 반대방향으로 돌면 “1”로 인식하여 전자 하나가 1비트가 되는 것이인데, 전자의 스핀은 제어하기 어려운 특성이 있어 스핀정보를 전압으로 제어하고 전기신호로 바꾸는 것이 스핀트로닉스 소자의 활용여부를 가늠하는 핵심이다. 현재까지 가장 널리 알려진 방법은 스핀을 홀 전압으로 전환하는 스핀 홀 현상을 이용하는 것이다. 기존에 스핀 홀 현상을 이용한 소자는 스핀정보가 전기신호로 바뀌는 과정에서 전자간에 충돌이 발생하였는데 본 연구에서는 전자간의 충돌 전에 원하는 전기신호로 바꾸고 이를 외부에서 제어하는 방법을 이용하여 전자소자를 구현하였다. □ 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 구현철·장준연 박사 연구팀은 “전압으로 스핀정보를 제어하고 신호 손실 없이 전기정보로 바꾸어 주는 스핀 홀 전자소자를 개발하였다”고 밝혔다. □ 일반적인 홀 효과는 전기가 흐르는 채널에서 자기력을 가하여 전자의 방향을 측면방향으로 이동시켜 측면전압을 측정하는 방법이다. 스핀 홀 현상은 이와 달리 전자가 갖고 있는 스핀방향에 따라 이동하는 방향이 달라지고 이 전자의 이동을 전압으로 측정하는 방법이다. □ 본 연구에서는 이러한 스핀 홀 현상을 이용하여 스핀정보를 전기신호로 바꾸는 것이다. 이 실험에서는 초고속 인듐비소 (InAs) 채널을 사용하여 전자간의 충돌을 거의 억제하고 충돌 전에 스핀 홀 현상을 발생시켜 전압을 측정하였다. 이러한 현상을 탄동(ballistic) 스핀 홀 현상이라고 부르고 있으며 이를 이용하면 신호의 감소를 최소화 할 수 있다. □ 또한 본 연구에서는 이러한 무손실 스핀 홀 현상전압으로 자유자재로 조절하여 트랜지스터나 로직소자로 사용가능함을 보여주었고 스핀의 주입부터 스핀의 제어까지 모두 전기신호를 이용한 세계최초의 실험이다. □ 본 연구를 기획하고 주도한 KIST 구현철 스핀융합연구단장, 최원영 연구원은 “이번에 보여준 방법은 기존소자에서 항상 존재했던 전자 간에 충돌로 인한 신호 손실을 없애고 초고속 반도체 채널이 가지는 무손실 스핀-전기 전환 현상을 이용하였기 때문에 현재 반도체 소자개발에 가장 핵심요소인 저전력화에 새로운 방법을 제시한 결과이다.”고 밝혔다. □ 최근 출범한 KIST 차세대반도체연구소를 이끌고 있는 장준연 소장은 “실리콘 이후 시대에 필요한 저전력 소자의 동작을 보여줌으로써 산업계가 실패가능성의 위험성이 있어 적극적으로 연구할 수 없는 반도체 스핀트로닉스의 상용화 가능성을 보여준 연구결과이다.” 고 밝혔다. □ 본 연구는 현재 진행되고 있는 차세대 전자소자중 가장 강력한 후보인 스핀전자소자분야에서 반도체 채널을 기반으로 한 연구에 새로운 패러다임을 제공하였다. 현재 가장 활발하게 연구되고 있는 스핀전자소자는 스핀이 가지고 있는 비휘발성을 이용한 자성 금속기반 스핀토크 메모리이다. 하지만 스핀을 로직소자나 시스템 반도체에 이용하기 위해서는 반도체내의 스핀을 제어가 이루어져야 한다. 본 실험은 특히 차세대 반도체 후보인 화합물 반도체 채널과 무손실 스핀 홀 효과를 결합한 연구로 상대적으로 열세인 국내 비메모리 분야에 새로운 가능성을 제시할 것으로 예상된다. □ 본 연구 그룹은 2009년 세계최초 스핀트랜지스터 기술개발에 이어 무손실 스핀 홀 소자까지 보여줌으로써 반도체 스핀트로닉스 분야의 기술을 선점하였고 관련분야를 주도해 나갈 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 중견연구자도약연구사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 나노분야의 세계최고 학술지인 네이처 나노테크날로지 (Nature Nanotechnology)지에 5월 25(월)일자 온라인판에 게재되었고 관련특허도 확보하였다 * (논문명) Electrical detection of coherent spin precession using the ballistic intrinsic spin Hall effect - (제1저자) (한국과학기술연구원) 최원영 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 구현철 박사 <그림자료> <그림 1>무손실 스핀 홀 연상에 의한 스핀의 이동. 스핀의 방향은 외부전압을 이용하여 그림과 같이 회전하는 정도를 조절할 수 있다 (위). 스핀의 방향에 따라 스핀의 이동하는 경로가 결정되어 그림과 같은 경로로 이동한다(아래). 이러한 전자의 경로를 이용하여 전압을 측정할 수 있다. <그림2> 스핀 홀 전자소자의 모습. 신호를 측정하기 위해 와이어를 연결한 소자(좌)와 실제 동작부의 전자현미경사진(우)을 보여주고 있다. <그림3> 분자선 결정성장을 이용한 초고속 반도체 층 제작. 분자선 증착장치(좌)를 초진공상태로 만든 상태에서 원하는 물질을 원자 한 개씩 쌓아서 원하는 초고속 반도체 채널 구조(우)를 만든다.

신호 손실이 없는 스핀-전기 전환효과를 이용한 차세대 전자소자 개발 - 전력손실은 작고 속도는 빠른 차세대 반도체개발 가능성 높여 □ 스핀트로닉스 소자는 전자의 전기적 특성과 자기적 특성을 모두 이용하는 차세대 전자소자로써 실리콘 이후 차세대 반도체 소자분야에서 가장 주목받는 후보이다. 스핀이 시계방향으로 돌면 “0”, 반대방향으로 돌면 “1”로 인식하여 전자 하나가 1비트가 되는 것이인데, 전자의 스핀은 제어하기 어려운 특성이 있어 스핀정보를 전압으로 제어하고 전기신호로 바꾸는 것이 스핀트로닉스 소자의 활용여부를 가늠하는 핵심이다. 현재까지 가장 널리 알려진 방법은 스핀을 홀 전압으로 전환하는 스핀 홀 현상을 이용하는 것이다. 기존에 스핀 홀 현상을 이용한 소자는 스핀정보가 전기신호로 바뀌는 과정에서 전자간에 충돌이 발생하였는데 본 연구에서는 전자간의 충돌 전에 원하는 전기신호로 바꾸고 이를 외부에서 제어하는 방법을 이용하여 전자소자를 구현하였다. □ 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 구현철·장준연 박사 연구팀은 “전압으로 스핀정보를 제어하고 신호 손실 없이 전기정보로 바꾸어 주는 스핀 홀 전자소자를 개발하였다”고 밝혔다. □ 일반적인 홀 효과는 전기가 흐르는 채널에서 자기력을 가하여 전자의 방향을 측면방향으로 이동시켜 측면전압을 측정하는 방법이다. 스핀 홀 현상은 이와 달리 전자가 갖고 있는 스핀방향에 따라 이동하는 방향이 달라지고 이 전자의 이동을 전압으로 측정하는 방법이다. □ 본 연구에서는 이러한 스핀 홀 현상을 이용하여 스핀정보를 전기신호로 바꾸는 것이다. 이 실험에서는 초고속 인듐비소 (InAs) 채널을 사용하여 전자간의 충돌을 거의 억제하고 충돌 전에 스핀 홀 현상을 발생시켜 전압을 측정하였다. 이러한 현상을 탄동(ballistic) 스핀 홀 현상이라고 부르고 있으며 이를 이용하면 신호의 감소를 최소화 할 수 있다. □ 또한 본 연구에서는 이러한 무손실 스핀 홀 현상전압으로 자유자재로 조절하여 트랜지스터나 로직소자로 사용가능함을 보여주었고 스핀의 주입부터 스핀의 제어까지 모두 전기신호를 이용한 세계최초의 실험이다. □ 본 연구를 기획하고 주도한 KIST 구현철 스핀융합연구단장, 최원영 연구원은 “이번에 보여준 방법은 기존소자에서 항상 존재했던 전자 간에 충돌로 인한 신호 손실을 없애고 초고속 반도체 채널이 가지는 무손실 스핀-전기 전환 현상을 이용하였기 때문에 현재 반도체 소자개발에 가장 핵심요소인 저전력화에 새로운 방법을 제시한 결과이다.”고 밝혔다. □ 최근 출범한 KIST 차세대반도체연구소를 이끌고 있는 장준연 소장은 “실리콘 이후 시대에 필요한 저전력 소자의 동작을 보여줌으로써 산업계가 실패가능성의 위험성이 있어 적극적으로 연구할 수 없는 반도체 스핀트로닉스의 상용화 가능성을 보여준 연구결과이다.” 고 밝혔다. □ 본 연구는 현재 진행되고 있는 차세대 전자소자중 가장 강력한 후보인 스핀전자소자분야에서 반도체 채널을 기반으로 한 연구에 새로운 패러다임을 제공하였다. 현재 가장 활발하게 연구되고 있는 스핀전자소자는 스핀이 가지고 있는 비휘발성을 이용한 자성 금속기반 스핀토크 메모리이다. 하지만 스핀을 로직소자나 시스템 반도체에 이용하기 위해서는 반도체내의 스핀을 제어가 이루어져야 한다. 본 실험은 특히 차세대 반도체 후보인 화합물 반도체 채널과 무손실 스핀 홀 효과를 결합한 연구로 상대적으로 열세인 국내 비메모리 분야에 새로운 가능성을 제시할 것으로 예상된다. □ 본 연구 그룹은 2009년 세계최초 스핀트랜지스터 기술개발에 이어 무손실 스핀 홀 소자까지 보여줌으로써 반도체 스핀트로닉스 분야의 기술을 선점하였고 관련분야를 주도해 나갈 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 중견연구자도약연구사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 나노분야의 세계최고 학술지인 네이처 나노테크날로지 (Nature Nanotechnology)지에 5월 25(월)일자 온라인판에 게재되었고 관련특허도 확보하였다 * (논문명) Electrical detection of coherent spin precession using the ballistic intrinsic spin Hall effect - (제1저자) (한국과학기술연구원) 최원영 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 구현철 박사 <그림자료> <그림 1>무손실 스핀 홀 연상에 의한 스핀의 이동. 스핀의 방향은 외부전압을 이용하여 그림과 같이 회전하는 정도를 조절할 수 있다 (위). 스핀의 방향에 따라 스핀의 이동하는 경로가 결정되어 그림과 같은 경로로 이동한다(아래). 이러한 전자의 경로를 이용하여 전압을 측정할 수 있다. <그림2> 스핀 홀 전자소자의 모습. 신호를 측정하기 위해 와이어를 연결한 소자(좌)와 실제 동작부의 전자현미경사진(우)을 보여주고 있다. <그림3> 분자선 결정성장을 이용한 초고속 반도체 층 제작. 분자선 증착장치(좌)를 초진공상태로 만든 상태에서 원하는 물질을 원자 한 개씩 쌓아서 원하는 초고속 반도체 채널 구조(우)를 만든다.

신호 손실이 없는 스핀-전기 전환효과를 이용한 차세대 전자소자 개발 - 전력손실은 작고 속도는 빠른 차세대 반도체개발 가능성 높여 □ 스핀트로닉스 소자는 전자의 전기적 특성과 자기적 특성을 모두 이용하는 차세대 전자소자로써 실리콘 이후 차세대 반도체 소자분야에서 가장 주목받는 후보이다. 스핀이 시계방향으로 돌면 “0”, 반대방향으로 돌면 “1”로 인식하여 전자 하나가 1비트가 되는 것이인데, 전자의 스핀은 제어하기 어려운 특성이 있어 스핀정보를 전압으로 제어하고 전기신호로 바꾸는 것이 스핀트로닉스 소자의 활용여부를 가늠하는 핵심이다. 현재까지 가장 널리 알려진 방법은 스핀을 홀 전압으로 전환하는 스핀 홀 현상을 이용하는 것이다. 기존에 스핀 홀 현상을 이용한 소자는 스핀정보가 전기신호로 바뀌는 과정에서 전자간에 충돌이 발생하였는데 본 연구에서는 전자간의 충돌 전에 원하는 전기신호로 바꾸고 이를 외부에서 제어하는 방법을 이용하여 전자소자를 구현하였다. □ 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 구현철·장준연 박사 연구팀은 “전압으로 스핀정보를 제어하고 신호 손실 없이 전기정보로 바꾸어 주는 스핀 홀 전자소자를 개발하였다”고 밝혔다. □ 일반적인 홀 효과는 전기가 흐르는 채널에서 자기력을 가하여 전자의 방향을 측면방향으로 이동시켜 측면전압을 측정하는 방법이다. 스핀 홀 현상은 이와 달리 전자가 갖고 있는 스핀방향에 따라 이동하는 방향이 달라지고 이 전자의 이동을 전압으로 측정하는 방법이다. □ 본 연구에서는 이러한 스핀 홀 현상을 이용하여 스핀정보를 전기신호로 바꾸는 것이다. 이 실험에서는 초고속 인듐비소 (InAs) 채널을 사용하여 전자간의 충돌을 거의 억제하고 충돌 전에 스핀 홀 현상을 발생시켜 전압을 측정하였다. 이러한 현상을 탄동(ballistic) 스핀 홀 현상이라고 부르고 있으며 이를 이용하면 신호의 감소를 최소화 할 수 있다. □ 또한 본 연구에서는 이러한 무손실 스핀 홀 현상전압으로 자유자재로 조절하여 트랜지스터나 로직소자로 사용가능함을 보여주었고 스핀의 주입부터 스핀의 제어까지 모두 전기신호를 이용한 세계최초의 실험이다. □ 본 연구를 기획하고 주도한 KIST 구현철 스핀융합연구단장, 최원영 연구원은 “이번에 보여준 방법은 기존소자에서 항상 존재했던 전자 간에 충돌로 인한 신호 손실을 없애고 초고속 반도체 채널이 가지는 무손실 스핀-전기 전환 현상을 이용하였기 때문에 현재 반도체 소자개발에 가장 핵심요소인 저전력화에 새로운 방법을 제시한 결과이다.”고 밝혔다. □ 최근 출범한 KIST 차세대반도체연구소를 이끌고 있는 장준연 소장은 “실리콘 이후 시대에 필요한 저전력 소자의 동작을 보여줌으로써 산업계가 실패가능성의 위험성이 있어 적극적으로 연구할 수 없는 반도체 스핀트로닉스의 상용화 가능성을 보여준 연구결과이다.” 고 밝혔다. □ 본 연구는 현재 진행되고 있는 차세대 전자소자중 가장 강력한 후보인 스핀전자소자분야에서 반도체 채널을 기반으로 한 연구에 새로운 패러다임을 제공하였다. 현재 가장 활발하게 연구되고 있는 스핀전자소자는 스핀이 가지고 있는 비휘발성을 이용한 자성 금속기반 스핀토크 메모리이다. 하지만 스핀을 로직소자나 시스템 반도체에 이용하기 위해서는 반도체내의 스핀을 제어가 이루어져야 한다. 본 실험은 특히 차세대 반도체 후보인 화합물 반도체 채널과 무손실 스핀 홀 효과를 결합한 연구로 상대적으로 열세인 국내 비메모리 분야에 새로운 가능성을 제시할 것으로 예상된다. □ 본 연구 그룹은 2009년 세계최초 스핀트랜지스터 기술개발에 이어 무손실 스핀 홀 소자까지 보여줌으로써 반도체 스핀트로닉스 분야의 기술을 선점하였고 관련분야를 주도해 나갈 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 중견연구자도약연구사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 나노분야의 세계최고 학술지인 네이처 나노테크날로지 (Nature Nanotechnology)지에 5월 25(월)일자 온라인판에 게재되었고 관련특허도 확보하였다 * (논문명) Electrical detection of coherent spin precession using the ballistic intrinsic spin Hall effect - (제1저자) (한국과학기술연구원) 최원영 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 구현철 박사 <그림자료> <그림 1>무손실 스핀 홀 연상에 의한 스핀의 이동. 스핀의 방향은 외부전압을 이용하여 그림과 같이 회전하는 정도를 조절할 수 있다 (위). 스핀의 방향에 따라 스핀의 이동하는 경로가 결정되어 그림과 같은 경로로 이동한다(아래). 이러한 전자의 경로를 이용하여 전압을 측정할 수 있다. <그림2> 스핀 홀 전자소자의 모습. 신호를 측정하기 위해 와이어를 연결한 소자(좌)와 실제 동작부의 전자현미경사진(우)을 보여주고 있다. <그림3> 분자선 결정성장을 이용한 초고속 반도체 층 제작. 분자선 증착장치(좌)를 초진공상태로 만든 상태에서 원하는 물질을 원자 한 개씩 쌓아서 원하는 초고속 반도체 채널 구조(우)를 만든다.

신호 손실이 없는 스핀-전기 전환효과를 이용한 차세대 전자소자 개발 - 전력손실은 작고 속도는 빠른 차세대 반도체개발 가능성 높여 □ 스핀트로닉스 소자는 전자의 전기적 특성과 자기적 특성을 모두 이용하는 차세대 전자소자로써 실리콘 이후 차세대 반도체 소자분야에서 가장 주목받는 후보이다. 스핀이 시계방향으로 돌면 “0”, 반대방향으로 돌면 “1”로 인식하여 전자 하나가 1비트가 되는 것이인데, 전자의 스핀은 제어하기 어려운 특성이 있어 스핀정보를 전압으로 제어하고 전기신호로 바꾸는 것이 스핀트로닉스 소자의 활용여부를 가늠하는 핵심이다. 현재까지 가장 널리 알려진 방법은 스핀을 홀 전압으로 전환하는 스핀 홀 현상을 이용하는 것이다. 기존에 스핀 홀 현상을 이용한 소자는 스핀정보가 전기신호로 바뀌는 과정에서 전자간에 충돌이 발생하였는데 본 연구에서는 전자간의 충돌 전에 원하는 전기신호로 바꾸고 이를 외부에서 제어하는 방법을 이용하여 전자소자를 구현하였다. □ 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 구현철·장준연 박사 연구팀은 “전압으로 스핀정보를 제어하고 신호 손실 없이 전기정보로 바꾸어 주는 스핀 홀 전자소자를 개발하였다”고 밝혔다. □ 일반적인 홀 효과는 전기가 흐르는 채널에서 자기력을 가하여 전자의 방향을 측면방향으로 이동시켜 측면전압을 측정하는 방법이다. 스핀 홀 현상은 이와 달리 전자가 갖고 있는 스핀방향에 따라 이동하는 방향이 달라지고 이 전자의 이동을 전압으로 측정하는 방법이다. □ 본 연구에서는 이러한 스핀 홀 현상을 이용하여 스핀정보를 전기신호로 바꾸는 것이다. 이 실험에서는 초고속 인듐비소 (InAs) 채널을 사용하여 전자간의 충돌을 거의 억제하고 충돌 전에 스핀 홀 현상을 발생시켜 전압을 측정하였다. 이러한 현상을 탄동(ballistic) 스핀 홀 현상이라고 부르고 있으며 이를 이용하면 신호의 감소를 최소화 할 수 있다. □ 또한 본 연구에서는 이러한 무손실 스핀 홀 현상전압으로 자유자재로 조절하여 트랜지스터나 로직소자로 사용가능함을 보여주었고 스핀의 주입부터 스핀의 제어까지 모두 전기신호를 이용한 세계최초의 실험이다. □ 본 연구를 기획하고 주도한 KIST 구현철 스핀융합연구단장, 최원영 연구원은 “이번에 보여준 방법은 기존소자에서 항상 존재했던 전자 간에 충돌로 인한 신호 손실을 없애고 초고속 반도체 채널이 가지는 무손실 스핀-전기 전환 현상을 이용하였기 때문에 현재 반도체 소자개발에 가장 핵심요소인 저전력화에 새로운 방법을 제시한 결과이다.”고 밝혔다. □ 최근 출범한 KIST 차세대반도체연구소를 이끌고 있는 장준연 소장은 “실리콘 이후 시대에 필요한 저전력 소자의 동작을 보여줌으로써 산업계가 실패가능성의 위험성이 있어 적극적으로 연구할 수 없는 반도체 스핀트로닉스의 상용화 가능성을 보여준 연구결과이다.” 고 밝혔다. □ 본 연구는 현재 진행되고 있는 차세대 전자소자중 가장 강력한 후보인 스핀전자소자분야에서 반도체 채널을 기반으로 한 연구에 새로운 패러다임을 제공하였다. 현재 가장 활발하게 연구되고 있는 스핀전자소자는 스핀이 가지고 있는 비휘발성을 이용한 자성 금속기반 스핀토크 메모리이다. 하지만 스핀을 로직소자나 시스템 반도체에 이용하기 위해서는 반도체내의 스핀을 제어가 이루어져야 한다. 본 실험은 특히 차세대 반도체 후보인 화합물 반도체 채널과 무손실 스핀 홀 효과를 결합한 연구로 상대적으로 열세인 국내 비메모리 분야에 새로운 가능성을 제시할 것으로 예상된다. □ 본 연구 그룹은 2009년 세계최초 스핀트랜지스터 기술개발에 이어 무손실 스핀 홀 소자까지 보여줌으로써 반도체 스핀트로닉스 분야의 기술을 선점하였고 관련분야를 주도해 나갈 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 중견연구자도약연구사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 나노분야의 세계최고 학술지인 네이처 나노테크날로지 (Nature Nanotechnology)지에 5월 25(월)일자 온라인판에 게재되었고 관련특허도 확보하였다 * (논문명) Electrical detection of coherent spin precession using the ballistic intrinsic spin Hall effect - (제1저자) (한국과학기술연구원) 최원영 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 구현철 박사 <그림자료> <그림 1>무손실 스핀 홀 연상에 의한 스핀의 이동. 스핀의 방향은 외부전압을 이용하여 그림과 같이 회전하는 정도를 조절할 수 있다 (위). 스핀의 방향에 따라 스핀의 이동하는 경로가 결정되어 그림과 같은 경로로 이동한다(아래). 이러한 전자의 경로를 이용하여 전압을 측정할 수 있다. <그림2> 스핀 홀 전자소자의 모습. 신호를 측정하기 위해 와이어를 연결한 소자(좌)와 실제 동작부의 전자현미경사진(우)을 보여주고 있다. <그림3> 분자선 결정성장을 이용한 초고속 반도체 층 제작. 분자선 증착장치(좌)를 초진공상태로 만든 상태에서 원하는 물질을 원자 한 개씩 쌓아서 원하는 초고속 반도체 채널 구조(우)를 만든다.

신호 손실이 없는 스핀-전기 전환효과를 이용한 차세대 전자소자 개발 - 전력손실은 작고 속도는 빠른 차세대 반도체개발 가능성 높여 □ 스핀트로닉스 소자는 전자의 전기적 특성과 자기적 특성을 모두 이용하는 차세대 전자소자로써 실리콘 이후 차세대 반도체 소자분야에서 가장 주목받는 후보이다. 스핀이 시계방향으로 돌면 “0”, 반대방향으로 돌면 “1”로 인식하여 전자 하나가 1비트가 되는 것이인데, 전자의 스핀은 제어하기 어려운 특성이 있어 스핀정보를 전압으로 제어하고 전기신호로 바꾸는 것이 스핀트로닉스 소자의 활용여부를 가늠하는 핵심이다. 현재까지 가장 널리 알려진 방법은 스핀을 홀 전압으로 전환하는 스핀 홀 현상을 이용하는 것이다. 기존에 스핀 홀 현상을 이용한 소자는 스핀정보가 전기신호로 바뀌는 과정에서 전자간에 충돌이 발생하였는데 본 연구에서는 전자간의 충돌 전에 원하는 전기신호로 바꾸고 이를 외부에서 제어하는 방법을 이용하여 전자소자를 구현하였다. □ 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 구현철·장준연 박사 연구팀은 “전압으로 스핀정보를 제어하고 신호 손실 없이 전기정보로 바꾸어 주는 스핀 홀 전자소자를 개발하였다”고 밝혔다. □ 일반적인 홀 효과는 전기가 흐르는 채널에서 자기력을 가하여 전자의 방향을 측면방향으로 이동시켜 측면전압을 측정하는 방법이다. 스핀 홀 현상은 이와 달리 전자가 갖고 있는 스핀방향에 따라 이동하는 방향이 달라지고 이 전자의 이동을 전압으로 측정하는 방법이다. □ 본 연구에서는 이러한 스핀 홀 현상을 이용하여 스핀정보를 전기신호로 바꾸는 것이다. 이 실험에서는 초고속 인듐비소 (InAs) 채널을 사용하여 전자간의 충돌을 거의 억제하고 충돌 전에 스핀 홀 현상을 발생시켜 전압을 측정하였다. 이러한 현상을 탄동(ballistic) 스핀 홀 현상이라고 부르고 있으며 이를 이용하면 신호의 감소를 최소화 할 수 있다. □ 또한 본 연구에서는 이러한 무손실 스핀 홀 현상전압으로 자유자재로 조절하여 트랜지스터나 로직소자로 사용가능함을 보여주었고 스핀의 주입부터 스핀의 제어까지 모두 전기신호를 이용한 세계최초의 실험이다. □ 본 연구를 기획하고 주도한 KIST 구현철 스핀융합연구단장, 최원영 연구원은 “이번에 보여준 방법은 기존소자에서 항상 존재했던 전자 간에 충돌로 인한 신호 손실을 없애고 초고속 반도체 채널이 가지는 무손실 스핀-전기 전환 현상을 이용하였기 때문에 현재 반도체 소자개발에 가장 핵심요소인 저전력화에 새로운 방법을 제시한 결과이다.”고 밝혔다. □ 최근 출범한 KIST 차세대반도체연구소를 이끌고 있는 장준연 소장은 “실리콘 이후 시대에 필요한 저전력 소자의 동작을 보여줌으로써 산업계가 실패가능성의 위험성이 있어 적극적으로 연구할 수 없는 반도체 스핀트로닉스의 상용화 가능성을 보여준 연구결과이다.” 고 밝혔다. □ 본 연구는 현재 진행되고 있는 차세대 전자소자중 가장 강력한 후보인 스핀전자소자분야에서 반도체 채널을 기반으로 한 연구에 새로운 패러다임을 제공하였다. 현재 가장 활발하게 연구되고 있는 스핀전자소자는 스핀이 가지고 있는 비휘발성을 이용한 자성 금속기반 스핀토크 메모리이다. 하지만 스핀을 로직소자나 시스템 반도체에 이용하기 위해서는 반도체내의 스핀을 제어가 이루어져야 한다. 본 실험은 특히 차세대 반도체 후보인 화합물 반도체 채널과 무손실 스핀 홀 효과를 결합한 연구로 상대적으로 열세인 국내 비메모리 분야에 새로운 가능성을 제시할 것으로 예상된다. □ 본 연구 그룹은 2009년 세계최초 스핀트랜지스터 기술개발에 이어 무손실 스핀 홀 소자까지 보여줌으로써 반도체 스핀트로닉스 분야의 기술을 선점하였고 관련분야를 주도해 나갈 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 중견연구자도약연구사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 나노분야의 세계최고 학술지인 네이처 나노테크날로지 (Nature Nanotechnology)지에 5월 25(월)일자 온라인판에 게재되었고 관련특허도 확보하였다 * (논문명) Electrical detection of coherent spin precession using the ballistic intrinsic spin Hall effect - (제1저자) (한국과학기술연구원) 최원영 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 구현철 박사 <그림자료> <그림 1>무손실 스핀 홀 연상에 의한 스핀의 이동. 스핀의 방향은 외부전압을 이용하여 그림과 같이 회전하는 정도를 조절할 수 있다 (위). 스핀의 방향에 따라 스핀의 이동하는 경로가 결정되어 그림과 같은 경로로 이동한다(아래). 이러한 전자의 경로를 이용하여 전압을 측정할 수 있다. <그림2> 스핀 홀 전자소자의 모습. 신호를 측정하기 위해 와이어를 연결한 소자(좌)와 실제 동작부의 전자현미경사진(우)을 보여주고 있다. <그림3> 분자선 결정성장을 이용한 초고속 반도체 층 제작. 분자선 증착장치(좌)를 초진공상태로 만든 상태에서 원하는 물질을 원자 한 개씩 쌓아서 원하는 초고속 반도체 채널 구조(우)를 만든다.

신호 손실이 없는 스핀-전기 전환효과를 이용한 차세대 전자소자 개발 - 전력손실은 작고 속도는 빠른 차세대 반도체개발 가능성 높여 □ 스핀트로닉스 소자는 전자의 전기적 특성과 자기적 특성을 모두 이용하는 차세대 전자소자로써 실리콘 이후 차세대 반도체 소자분야에서 가장 주목받는 후보이다. 스핀이 시계방향으로 돌면 “0”, 반대방향으로 돌면 “1”로 인식하여 전자 하나가 1비트가 되는 것이인데, 전자의 스핀은 제어하기 어려운 특성이 있어 스핀정보를 전압으로 제어하고 전기신호로 바꾸는 것이 스핀트로닉스 소자의 활용여부를 가늠하는 핵심이다. 현재까지 가장 널리 알려진 방법은 스핀을 홀 전압으로 전환하는 스핀 홀 현상을 이용하는 것이다. 기존에 스핀 홀 현상을 이용한 소자는 스핀정보가 전기신호로 바뀌는 과정에서 전자간에 충돌이 발생하였는데 본 연구에서는 전자간의 충돌 전에 원하는 전기신호로 바꾸고 이를 외부에서 제어하는 방법을 이용하여 전자소자를 구현하였다. □ 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 구현철·장준연 박사 연구팀은 “전압으로 스핀정보를 제어하고 신호 손실 없이 전기정보로 바꾸어 주는 스핀 홀 전자소자를 개발하였다”고 밝혔다. □ 일반적인 홀 효과는 전기가 흐르는 채널에서 자기력을 가하여 전자의 방향을 측면방향으로 이동시켜 측면전압을 측정하는 방법이다. 스핀 홀 현상은 이와 달리 전자가 갖고 있는 스핀방향에 따라 이동하는 방향이 달라지고 이 전자의 이동을 전압으로 측정하는 방법이다. □ 본 연구에서는 이러한 스핀 홀 현상을 이용하여 스핀정보를 전기신호로 바꾸는 것이다. 이 실험에서는 초고속 인듐비소 (InAs) 채널을 사용하여 전자간의 충돌을 거의 억제하고 충돌 전에 스핀 홀 현상을 발생시켜 전압을 측정하였다. 이러한 현상을 탄동(ballistic) 스핀 홀 현상이라고 부르고 있으며 이를 이용하면 신호의 감소를 최소화 할 수 있다. □ 또한 본 연구에서는 이러한 무손실 스핀 홀 현상전압으로 자유자재로 조절하여 트랜지스터나 로직소자로 사용가능함을 보여주었고 스핀의 주입부터 스핀의 제어까지 모두 전기신호를 이용한 세계최초의 실험이다. □ 본 연구를 기획하고 주도한 KIST 구현철 스핀융합연구단장, 최원영 연구원은 “이번에 보여준 방법은 기존소자에서 항상 존재했던 전자 간에 충돌로 인한 신호 손실을 없애고 초고속 반도체 채널이 가지는 무손실 스핀-전기 전환 현상을 이용하였기 때문에 현재 반도체 소자개발에 가장 핵심요소인 저전력화에 새로운 방법을 제시한 결과이다.”고 밝혔다. □ 최근 출범한 KIST 차세대반도체연구소를 이끌고 있는 장준연 소장은 “실리콘 이후 시대에 필요한 저전력 소자의 동작을 보여줌으로써 산업계가 실패가능성의 위험성이 있어 적극적으로 연구할 수 없는 반도체 스핀트로닉스의 상용화 가능성을 보여준 연구결과이다.” 고 밝혔다. □ 본 연구는 현재 진행되고 있는 차세대 전자소자중 가장 강력한 후보인 스핀전자소자분야에서 반도체 채널을 기반으로 한 연구에 새로운 패러다임을 제공하였다. 현재 가장 활발하게 연구되고 있는 스핀전자소자는 스핀이 가지고 있는 비휘발성을 이용한 자성 금속기반 스핀토크 메모리이다. 하지만 스핀을 로직소자나 시스템 반도체에 이용하기 위해서는 반도체내의 스핀을 제어가 이루어져야 한다. 본 실험은 특히 차세대 반도체 후보인 화합물 반도체 채널과 무손실 스핀 홀 효과를 결합한 연구로 상대적으로 열세인 국내 비메모리 분야에 새로운 가능성을 제시할 것으로 예상된다. □ 본 연구 그룹은 2009년 세계최초 스핀트랜지스터 기술개발에 이어 무손실 스핀 홀 소자까지 보여줌으로써 반도체 스핀트로닉스 분야의 기술을 선점하였고 관련분야를 주도해 나갈 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 중견연구자도약연구사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 나노분야의 세계최고 학술지인 네이처 나노테크날로지 (Nature Nanotechnology)지에 5월 25(월)일자 온라인판에 게재되었고 관련특허도 확보하였다 * (논문명) Electrical detection of coherent spin precession using the ballistic intrinsic spin Hall effect - (제1저자) (한국과학기술연구원) 최원영 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 구현철 박사 <그림자료> <그림 1>무손실 스핀 홀 연상에 의한 스핀의 이동. 스핀의 방향은 외부전압을 이용하여 그림과 같이 회전하는 정도를 조절할 수 있다 (위). 스핀의 방향에 따라 스핀의 이동하는 경로가 결정되어 그림과 같은 경로로 이동한다(아래). 이러한 전자의 경로를 이용하여 전압을 측정할 수 있다. <그림2> 스핀 홀 전자소자의 모습. 신호를 측정하기 위해 와이어를 연결한 소자(좌)와 실제 동작부의 전자현미경사진(우)을 보여주고 있다. <그림3> 분자선 결정성장을 이용한 초고속 반도체 층 제작. 분자선 증착장치(좌)를 초진공상태로 만든 상태에서 원하는 물질을 원자 한 개씩 쌓아서 원하는 초고속 반도체 채널 구조(우)를 만든다.

세포 생존에 필수적인 청소(오토파지) 장애 원인 찾다 - 세포내 자식작용 조절자 UVRAG의 저격수, Mir125a와 Mir351 규명 - EWSR1분자 이상과 관련된 루게릭병등의 신경퇴행성 질환 질환에서 고장난 자식작용의 원인 밝혀 자식작용이라 불리는 오토파지(Autophagy)는 불필요한 세포내 단백질 및 손상된 세포내 소기관을 분해하는 역할을 수행함으로써 세포의 생존 및 항상성 유지를 위한 필수적인 역할을 한다. 세포내에 비정상적인 단백질이 쌓여 주로 발생하는 신경퇴행성 질환 역시 이 과정에 오토파지가 중요한 역할을 하고 있다. 따라서, 오토파지를 높이는 물질이 치료제로서 쓰이고 있지만 약물의 작용 원리는 아직 밝혀져 있지 않다. 국제 연구진이 오토파지를 돕는 분자의 조절 매커니즘을 밝혀, 오토파지에 관련된 질병 진단 및 약물 개발에 중요한 실마리를 제공할 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌의약 연구단 류훈 박사팀은 “EWSR1/EWS(유잉육종 유전자) 결핍 상황에서 마이크로 RNA인 Mir125a와 Mir351가 증가하는 것을 발견하고 이들이 Uvrag 전사체 양을 감소시켜 오토파지(Autopagy, 자식작용)의 이상을 유발한다.”는 연구 내용을 밝혔다. 연구진은 EWSR1 유전자가 결핍된 세포에서 오토파지가 억제됨을 확인하고, 관련 메커니즘을 밝히는데 주력하였다. 그 결과 자식작용을 돕는 분자로 알려진 Uvrag분자가 EWSR1 유전자에 의해 조절되는 매커니즘을 밝혔다. EWSR1 유전자의 감소가 Mir125a와 Mir351과 같은 마이크로 RNA를 생성하는 새로운 경로에 영향을 미치고 이를 통하여 Uvrag을 감소시킴으로써 자식작용을 억제하고 있음을 밝힌 것이다. o EWSR1 유전자가 없는 세포를 관찰한 연구진은 핵속에 존재하는 RNAase III 단백질인 Drosha 효소가 증가하고 이로 인해 Mir125a와 Mir351의 생성도 증가함을 발견했다. Mir125a와 Mir351는 Uvrag 전사체를 감소시킴으로써, 결과적으로 세포내 자식작용을 억제하는 원인이 되고 있었다. 연구팀은 생쥐의 뇌, 피부, 척추 등 다양한 부위에서 관련 매커니즘을 조사한 결과 각각 조직에서 공통적으로 관련 현상이 발현되는 것을 확인할 수 있었다. (그림 3 참고) 보스턴 의과대학 교수이자 KIST 겸임 연구원으로 재직중인 류훈 박사는 “EWSR1 돌연변이는 루게릭병에서 관찰되는 것으로, 관련 연구는 루게릭병 약물 개발 및 뇌, 신경, 척수신경 등 세포의 기능 및 이상 현상의 원인과 관련된 질병을 진단하는데 필요한 생체마커로 활용할 수 있을 것으로 보인다”고 밝혔다. 본 연구는 KIST 기관고유연구사업에서 지원되었으며, 연구 결과는 관련 분야 권위지인 ‘Authophagy’ 5월 6일자 온라인에 게재되었다. *(논문명) "Uvrag targeting by Mir125a and Mir351 modulates autophagy associated with Ewsr1 deficiency" - (제1저자) 한국과학기술연구원 김연하 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 류훈 박사 <그림 1> 연구결과를 요약하여 보여 주는 것으로 EWSR1/EWS (유잉육종 유전자) 결핍 상황에서 Mir125a와 Mir351를 통해 Uvrag 전사체 양을 감소시켜 자식작용에 이상이 일어남을 보여준다 <그림 2> 자식작용 (autophagy) 관련 유전자들로 구성한 단백질과 단백질 상호작용을 분석한 네트워크. Ewsr1/Ews (유잉육종 유전자)가 결핍된 세포로부터 얻은 RNA-sequencing 데이터를 토대로 autophagy 유전자 중 변화가 있는 57개의 유전자에 의해 구성되는 단백질과 단백질의 상호작용을 보여준다. <그림 3>EWSR1-/-생쥐의 피부(Skin), 척수(Spinal cord), 대뇌(Cerebral Cortex), 중뇌(Midbrain) 및 소뇌에서의 UVRAG 단백질양 및 자식작용의 변화가 Ewsr1+/+생쥐모델 보다도 감소되어져 있음을 알수 있다. EWSR1의 결핍에 의해 UVRAG의 감소와 더불어 자식작용의 억제가 각각의 조직에서 공통적으로 관찰되었다.

세포 생존에 필수적인 청소(오토파지) 장애 원인 찾다 - 세포내 자식작용 조절자 UVRAG의 저격수, Mir125a와 Mir351 규명 - EWSR1분자 이상과 관련된 루게릭병등의 신경퇴행성 질환 질환에서 고장난 자식작용의 원인 밝혀 자식작용이라 불리는 오토파지(Autophagy)는 불필요한 세포내 단백질 및 손상된 세포내 소기관을 분해하는 역할을 수행함으로써 세포의 생존 및 항상성 유지를 위한 필수적인 역할을 한다. 세포내에 비정상적인 단백질이 쌓여 주로 발생하는 신경퇴행성 질환 역시 이 과정에 오토파지가 중요한 역할을 하고 있다. 따라서, 오토파지를 높이는 물질이 치료제로서 쓰이고 있지만 약물의 작용 원리는 아직 밝혀져 있지 않다. 국제 연구진이 오토파지를 돕는 분자의 조절 매커니즘을 밝혀, 오토파지에 관련된 질병 진단 및 약물 개발에 중요한 실마리를 제공할 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌의약 연구단 류훈 박사팀은 “EWSR1/EWS(유잉육종 유전자) 결핍 상황에서 마이크로 RNA인 Mir125a와 Mir351가 증가하는 것을 발견하고 이들이 Uvrag 전사체 양을 감소시켜 오토파지(Autopagy, 자식작용)의 이상을 유발한다.”는 연구 내용을 밝혔다. 연구진은 EWSR1 유전자가 결핍된 세포에서 오토파지가 억제됨을 확인하고, 관련 메커니즘을 밝히는데 주력하였다. 그 결과 자식작용을 돕는 분자로 알려진 Uvrag분자가 EWSR1 유전자에 의해 조절되는 매커니즘을 밝혔다. EWSR1 유전자의 감소가 Mir125a와 Mir351과 같은 마이크로 RNA를 생성하는 새로운 경로에 영향을 미치고 이를 통하여 Uvrag을 감소시킴으로써 자식작용을 억제하고 있음을 밝힌 것이다. o EWSR1 유전자가 없는 세포를 관찰한 연구진은 핵속에 존재하는 RNAase III 단백질인 Drosha 효소가 증가하고 이로 인해 Mir125a와 Mir351의 생성도 증가함을 발견했다. Mir125a와 Mir351는 Uvrag 전사체를 감소시킴으로써, 결과적으로 세포내 자식작용을 억제하는 원인이 되고 있었다. 연구팀은 생쥐의 뇌, 피부, 척추 등 다양한 부위에서 관련 매커니즘을 조사한 결과 각각 조직에서 공통적으로 관련 현상이 발현되는 것을 확인할 수 있었다. (그림 3 참고) 보스턴 의과대학 교수이자 KIST 겸임 연구원으로 재직중인 류훈 박사는 “EWSR1 돌연변이는 루게릭병에서 관찰되는 것으로, 관련 연구는 루게릭병 약물 개발 및 뇌, 신경, 척수신경 등 세포의 기능 및 이상 현상의 원인과 관련된 질병을 진단하는데 필요한 생체마커로 활용할 수 있을 것으로 보인다”고 밝혔다. 본 연구는 KIST 기관고유연구사업에서 지원되었으며, 연구 결과는 관련 분야 권위지인 ‘Authophagy’ 5월 6일자 온라인에 게재되었다. *(논문명) "Uvrag targeting by Mir125a and Mir351 modulates autophagy associated with Ewsr1 deficiency" - (제1저자) 한국과학기술연구원 김연하 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 류훈 박사 <그림 1> 연구결과를 요약하여 보여 주는 것으로 EWSR1/EWS (유잉육종 유전자) 결핍 상황에서 Mir125a와 Mir351를 통해 Uvrag 전사체 양을 감소시켜 자식작용에 이상이 일어남을 보여준다 <그림 2> 자식작용 (autophagy) 관련 유전자들로 구성한 단백질과 단백질 상호작용을 분석한 네트워크. Ewsr1/Ews (유잉육종 유전자)가 결핍된 세포로부터 얻은 RNA-sequencing 데이터를 토대로 autophagy 유전자 중 변화가 있는 57개의 유전자에 의해 구성되는 단백질과 단백질의 상호작용을 보여준다. <그림 3>EWSR1-/-생쥐의 피부(Skin), 척수(Spinal cord), 대뇌(Cerebral Cortex), 중뇌(Midbrain) 및 소뇌에서의 UVRAG 단백질양 및 자식작용의 변화가 Ewsr1+/+생쥐모델 보다도 감소되어져 있음을 알수 있다. EWSR1의 결핍에 의해 UVRAG의 감소와 더불어 자식작용의 억제가 각각의 조직에서 공통적으로 관찰되었다.

세포 생존에 필수적인 청소(오토파지) 장애 원인 찾다 - 세포내 자식작용 조절자 UVRAG의 저격수, Mir125a와 Mir351 규명 - EWSR1분자 이상과 관련된 루게릭병등의 신경퇴행성 질환 질환에서 고장난 자식작용의 원인 밝혀 자식작용이라 불리는 오토파지(Autophagy)는 불필요한 세포내 단백질 및 손상된 세포내 소기관을 분해하는 역할을 수행함으로써 세포의 생존 및 항상성 유지를 위한 필수적인 역할을 한다. 세포내에 비정상적인 단백질이 쌓여 주로 발생하는 신경퇴행성 질환 역시 이 과정에 오토파지가 중요한 역할을 하고 있다. 따라서, 오토파지를 높이는 물질이 치료제로서 쓰이고 있지만 약물의 작용 원리는 아직 밝혀져 있지 않다. 국제 연구진이 오토파지를 돕는 분자의 조절 매커니즘을 밝혀, 오토파지에 관련된 질병 진단 및 약물 개발에 중요한 실마리를 제공할 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌의약 연구단 류훈 박사팀은 “EWSR1/EWS(유잉육종 유전자) 결핍 상황에서 마이크로 RNA인 Mir125a와 Mir351가 증가하는 것을 발견하고 이들이 Uvrag 전사체 양을 감소시켜 오토파지(Autopagy, 자식작용)의 이상을 유발한다.”는 연구 내용을 밝혔다. 연구진은 EWSR1 유전자가 결핍된 세포에서 오토파지가 억제됨을 확인하고, 관련 메커니즘을 밝히는데 주력하였다. 그 결과 자식작용을 돕는 분자로 알려진 Uvrag분자가 EWSR1 유전자에 의해 조절되는 매커니즘을 밝혔다. EWSR1 유전자의 감소가 Mir125a와 Mir351과 같은 마이크로 RNA를 생성하는 새로운 경로에 영향을 미치고 이를 통하여 Uvrag을 감소시킴으로써 자식작용을 억제하고 있음을 밝힌 것이다. o EWSR1 유전자가 없는 세포를 관찰한 연구진은 핵속에 존재하는 RNAase III 단백질인 Drosha 효소가 증가하고 이로 인해 Mir125a와 Mir351의 생성도 증가함을 발견했다. Mir125a와 Mir351는 Uvrag 전사체를 감소시킴으로써, 결과적으로 세포내 자식작용을 억제하는 원인이 되고 있었다. 연구팀은 생쥐의 뇌, 피부, 척추 등 다양한 부위에서 관련 매커니즘을 조사한 결과 각각 조직에서 공통적으로 관련 현상이 발현되는 것을 확인할 수 있었다. (그림 3 참고) 보스턴 의과대학 교수이자 KIST 겸임 연구원으로 재직중인 류훈 박사는 “EWSR1 돌연변이는 루게릭병에서 관찰되는 것으로, 관련 연구는 루게릭병 약물 개발 및 뇌, 신경, 척수신경 등 세포의 기능 및 이상 현상의 원인과 관련된 질병을 진단하는데 필요한 생체마커로 활용할 수 있을 것으로 보인다”고 밝혔다. 본 연구는 KIST 기관고유연구사업에서 지원되었으며, 연구 결과는 관련 분야 권위지인 ‘Authophagy’ 5월 6일자 온라인에 게재되었다. *(논문명) "Uvrag targeting by Mir125a and Mir351 modulates autophagy associated with Ewsr1 deficiency" - (제1저자) 한국과학기술연구원 김연하 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 류훈 박사 <그림 1> 연구결과를 요약하여 보여 주는 것으로 EWSR1/EWS (유잉육종 유전자) 결핍 상황에서 Mir125a와 Mir351를 통해 Uvrag 전사체 양을 감소시켜 자식작용에 이상이 일어남을 보여준다 <그림 2> 자식작용 (autophagy) 관련 유전자들로 구성한 단백질과 단백질 상호작용을 분석한 네트워크. Ewsr1/Ews (유잉육종 유전자)가 결핍된 세포로부터 얻은 RNA-sequencing 데이터를 토대로 autophagy 유전자 중 변화가 있는 57개의 유전자에 의해 구성되는 단백질과 단백질의 상호작용을 보여준다. <그림 3>EWSR1-/-생쥐의 피부(Skin), 척수(Spinal cord), 대뇌(Cerebral Cortex), 중뇌(Midbrain) 및 소뇌에서의 UVRAG 단백질양 및 자식작용의 변화가 Ewsr1+/+생쥐모델 보다도 감소되어져 있음을 알수 있다. EWSR1의 결핍에 의해 UVRAG의 감소와 더불어 자식작용의 억제가 각각의 조직에서 공통적으로 관찰되었다.

세포 생존에 필수적인 청소(오토파지) 장애 원인 찾다 - 세포내 자식작용 조절자 UVRAG의 저격수, Mir125a와 Mir351 규명 - EWSR1분자 이상과 관련된 루게릭병등의 신경퇴행성 질환 질환에서 고장난 자식작용의 원인 밝혀 자식작용이라 불리는 오토파지(Autophagy)는 불필요한 세포내 단백질 및 손상된 세포내 소기관을 분해하는 역할을 수행함으로써 세포의 생존 및 항상성 유지를 위한 필수적인 역할을 한다. 세포내에 비정상적인 단백질이 쌓여 주로 발생하는 신경퇴행성 질환 역시 이 과정에 오토파지가 중요한 역할을 하고 있다. 따라서, 오토파지를 높이는 물질이 치료제로서 쓰이고 있지만 약물의 작용 원리는 아직 밝혀져 있지 않다. 국제 연구진이 오토파지를 돕는 분자의 조절 매커니즘을 밝혀, 오토파지에 관련된 질병 진단 및 약물 개발에 중요한 실마리를 제공할 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌의약 연구단 류훈 박사팀은 “EWSR1/EWS(유잉육종 유전자) 결핍 상황에서 마이크로 RNA인 Mir125a와 Mir351가 증가하는 것을 발견하고 이들이 Uvrag 전사체 양을 감소시켜 오토파지(Autopagy, 자식작용)의 이상을 유발한다.”는 연구 내용을 밝혔다. 연구진은 EWSR1 유전자가 결핍된 세포에서 오토파지가 억제됨을 확인하고, 관련 메커니즘을 밝히는데 주력하였다. 그 결과 자식작용을 돕는 분자로 알려진 Uvrag분자가 EWSR1 유전자에 의해 조절되는 매커니즘을 밝혔다. EWSR1 유전자의 감소가 Mir125a와 Mir351과 같은 마이크로 RNA를 생성하는 새로운 경로에 영향을 미치고 이를 통하여 Uvrag을 감소시킴으로써 자식작용을 억제하고 있음을 밝힌 것이다. o EWSR1 유전자가 없는 세포를 관찰한 연구진은 핵속에 존재하는 RNAase III 단백질인 Drosha 효소가 증가하고 이로 인해 Mir125a와 Mir351의 생성도 증가함을 발견했다. Mir125a와 Mir351는 Uvrag 전사체를 감소시킴으로써, 결과적으로 세포내 자식작용을 억제하는 원인이 되고 있었다. 연구팀은 생쥐의 뇌, 피부, 척추 등 다양한 부위에서 관련 매커니즘을 조사한 결과 각각 조직에서 공통적으로 관련 현상이 발현되는 것을 확인할 수 있었다. (그림 3 참고) 보스턴 의과대학 교수이자 KIST 겸임 연구원으로 재직중인 류훈 박사는 “EWSR1 돌연변이는 루게릭병에서 관찰되는 것으로, 관련 연구는 루게릭병 약물 개발 및 뇌, 신경, 척수신경 등 세포의 기능 및 이상 현상의 원인과 관련된 질병을 진단하는데 필요한 생체마커로 활용할 수 있을 것으로 보인다”고 밝혔다. 본 연구는 KIST 기관고유연구사업에서 지원되었으며, 연구 결과는 관련 분야 권위지인 ‘Authophagy’ 5월 6일자 온라인에 게재되었다. *(논문명) "Uvrag targeting by Mir125a and Mir351 modulates autophagy associated with Ewsr1 deficiency" - (제1저자) 한국과학기술연구원 김연하 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 류훈 박사 <그림 1> 연구결과를 요약하여 보여 주는 것으로 EWSR1/EWS (유잉육종 유전자) 결핍 상황에서 Mir125a와 Mir351를 통해 Uvrag 전사체 양을 감소시켜 자식작용에 이상이 일어남을 보여준다 <그림 2> 자식작용 (autophagy) 관련 유전자들로 구성한 단백질과 단백질 상호작용을 분석한 네트워크. Ewsr1/Ews (유잉육종 유전자)가 결핍된 세포로부터 얻은 RNA-sequencing 데이터를 토대로 autophagy 유전자 중 변화가 있는 57개의 유전자에 의해 구성되는 단백질과 단백질의 상호작용을 보여준다. <그림 3>EWSR1-/-생쥐의 피부(Skin), 척수(Spinal cord), 대뇌(Cerebral Cortex), 중뇌(Midbrain) 및 소뇌에서의 UVRAG 단백질양 및 자식작용의 변화가 Ewsr1+/+생쥐모델 보다도 감소되어져 있음을 알수 있다. EWSR1의 결핍에 의해 UVRAG의 감소와 더불어 자식작용의 억제가 각각의 조직에서 공통적으로 관찰되었다.