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자성물질 사이에 숨겨진 자기적 상호작용 규명저전력의 차세대 스핀트로닉스 소자 개발 가능
김해승 기자  |  ok67336@hanmail.net
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승인 2019.06.11  13:25:34
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▲ 정명화 교수

서강대 정명화 교수 연구팀이 자성물질 사이에 숨겨진 자기적 상호작용을 규명해 차세대 메모리 반도체인 자성 메모리의 속도와 저장용량을 한 단계 더 발전시켜줄 가능성을 입증했다.

동영상을 실시간 재생하고 사물인터넷이 익숙해진 정보화 시대에 들어서면서 대용량 정보 저장장치 개발이 활발하다.

그 중 자성 메모리(M램)는 전원이 끊겨도 저장된 정보가 사라지지 않는 비휘발성, 고속 동작 등의 장점이 주목받으며, 최근 상용화되고 있다.

전류를 기반으로 하는 기존 메모리와 달리 자성 메모리는 전자의 회전에 의한 자성을 이용한다.

두 개의 자성물질에서 자화 방향이 같거나 반대일 때 0 또는 1의 정보가 기록된다. 많은 장점에도 불구하고 자화 방향을 바꿀 때 필요한 소비 전력이 크다는 한계가 있다.

연구팀은 자성물질에서 대칭적 상호작용에 의한 두 가지 자화 방향(동일/반대 방향)뿐 아니라 비대칭적 상호작용에 의한 자화 방향도 있음을 발견했다.

3차원 스핀 구조에 정보를 저장함으로써 자성 메모리의 속도와 용량을 크게 개선할 수 있게 되었다.

이번 연구에서 밝혀진 비대칭적 상호작용은 두 자성물질 사이에 있는 비자성 물질에 의해 대칭성이 붕괴되면서 발생한다.

자성물질의 종류에 무관하게 재현된다. 두 자성물질 사이에 숨겨진 새로운 자기적 상호작용을 규명했다는 점에서 학술적인 큰 의미가 있다.

비대칭적 자기 상호작용을 이용하면, 자성물질에서 동일/반대 방향의 대칭적 스핀 구조 뿐 아니라 비대칭적 특이한 스핀 구조를 구성할 수 있다. 이로써 0과 1의 이진법을 뛰어넘어, 더욱 빠르고 데이터 용량이 큰 신개념 비휘발성 메모리 소자 응용도 가능하다.

   
 

미래 기술의 하나로 자리 잡고 있는 자성 메모리에 존재하는 비대칭적인 구성 요소를 밝혀내 고집적 및 저전력의 차세대 스핀트로닉스 소자 개발이 가능할 것으로 기대된다.

정명화 교수는 “이 연구는 자성 박막 사이에 존재하는 밝혀지지 않은 새로운 자기적 상호작용을 밝혔다는데 큰 의의가 있다”라며 “향후 메모리 소자의 저장 용량 한계를 극복하고 자성 소재의 구조적 문제를 해결해, 새로운 형태의 자성 메모리 소자를 디자인하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 재료분야 최상위 국제학술지 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)' 6월 3일에 게재되었다.

( 논문명 : Long-range chiral exchange interaction in synthetic antiferromagnets)

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