동작 속도가 매우 빠르고 용량도 크게 만들 수 있는 잠재력이 있어 차세대 메모리로 꼽히는 자성메모리(M램) 구동을 위한 이중층 신소재가 개발됐다.

15일 과기정통부에 따르면 고려대 이경진 교수, 한국과학기술원(KAIST) 박병국 교수, 미국 국립표준기술원(NIST)의 마크 스틸레스 석학연구원 등이 참여한 공동연구진이 이런 내용의 논문을 지난달 19일 학술지 '네이처 머티리얼즈'에 온라인으로 발표했다.

M램은 외부 전원 공급이 없이 정보를 유지할 수 있는 비휘발성 메모리이며 집적도와 속도를 크게 높일 수 있는 잠재력이 평가돼 전세계 반도체 업체들이 개발 경쟁을 벌이고 있다.

▲ 강자성의 자화방향 (M_x,y)에 따른 스핀전류 (J_z^s) 및 스핀방향 (σ_y,z). (왼쪽) 자화방향이 x (M_x): x 방향의 전류가 y, z 스핀방향 (σ_y,σ_z)을 가진 스핀전류 생성<BR>(오른쪽) 자화방향이 y (M_y): x 방향의 전류가 y 스핀방향(σ_y)을 가진 스핀전류만 생성

M램은 전자의 스핀이 이동하는 '스핀 전류'를 이용해 동작하므로, 전하의 이동에 따른 줄열(Joule heating)이 발생하지 않아 전력손실이 거의 없도록 만들 수 있다.

연구진은 강자성(ferromagnetic) 물질과 전이금속(transition metal)으로 이뤄진 이중층 소재를 이용해 스핀전류를 효과적으로 생성할 수 있음을 이론과 실험으로 규명했고, 생성된 스핀전류의 스핀방향을 임의로 제어하는 데도 성공했다.

또 이를 외부 자기장 없이도 동작시킬 수 있음을 보여줬다.

이경진 교수는 "이 신소재를 차세대 메모리로 주목받고 있는 스핀궤도토크 기반 M램에 적용하면 대기전력을 획기적으로 줄일 수 있어 저전력 동작이 필수인 모바일, 웨어러블, 사물인터넷(IoT)용 메모리로 활용 가능성이 높다"고 설명했다.

그는 "추가 연구를 통해서 개발된 소재를 기반으로 하는 M램 개발에 주력할 예정"이라고 설명했다.

이번 연구는 과기정통부 미래소재디스커버리사업의 지원을 받았다.

과학팀  press@jeonpa.co.kr

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