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IBS, 스핀 소용돌이 '스커미온' 입자 발견...차세대 자성 메모리 소자 개발 '청신호'

발행일2018.11.06 01:00

국내 연구진이 차세대 자성 메모리 소자로 쓰일 '스커미온' 입자를 발견하고 실시간 제어하는데 성공했다. 전력소모가 아주 적고, 나노미터(㎚) 크기로 차세대 고정밀·저전력·초소형 전자소자를 구현하는 기반이 될 전망이다.

기초과학연구원(IBS·원장 김두철)은 노태원 강상관계 물질 연구단(단장 노태원)이 강유전체와 강자성체를 쌓은 하이브리드 물질에서 스커미온 입자를 발견하고, 전기를 이용해 실시간 밀도 제어에 성공했다고 5일 밝혔다.

Photo Image<연구진이 제작한 강유전체-강자성체 이종접합 구조 물질>

스커미온은 자성체 내부의 소용돌이 모양 스핀 구조체를 말한다. 나선형 스핀의 생성·소멸로 정보 기본 구조인 '0'과 '1'을 만든다. 쉽게 소멸하지 않아 안정적이고 전력 소모가 기존 자성 소자 대비 100만분의 1 수준이다.

그러나 대부분 크기가 100㎚를 넘어 많은 수를 배치하기 어렵고 저장용량을 높이는 것도 쉽지 않다. 특성을 실시간 제어하는 것도 힘들다.

연구단은 새로운 이종접합 구조물질 자성체를 만들어 문제를 해결했다. 강유전체인 티탄산바룸(BaTiO₃)과 강자성체인 스트론튬루테네이트(SrRuO₃) 박막을 쌓아올린 이종접합 구조에서 스커미온을 구현했다. 강유전체는 특정 온도 밑에서 저절로 분극을 갖는 물질을, 강자성체는 스핀이 한 방향으로 정렬되는 자성 물질을 뜻한다.

Photo Image<이종접합 구조물의 자기력현미경 이미지>

측정 결과 이종접합 구조의 스커미온은 100㎚ 이하 크기의 초소형으로, 높은 소자 성능을 낸다.

연구단은 스커미온 특성 실시간 제어도 가능함을 확인했다. 이종접합 구조는 강유전체 분극으로 자성체 구조에 영향을 줘 제어가 가능하다. 예를 들어 분극 방향이 위로 향하면 자성체 유도 스커미온 밀도가 높아지는 식이다.

연구팀은 세계에서 처음으로 손쉽게 스커미온 제어 방법을 제시하고 새로운 형성 메커니즘을 증명했다고 설명했다.

Photo Image<노태원 IBS 강상관계 물질 연구단장>

노태원 단장은 “스커미온과 강유전성을 융합하는 시도가 이번 발견으로 이어졌다”며 “앞으로도 개방적인 협력연구로 세계가 주목할 연구 성과를 배출할 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com

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