차세대 비휘발성 메모리로 각광받고 있는 다강체의 성질과 강유전성(전기적 성질)이 생기는 원인이 밝혀졌다. 다강체와 강유전체 메모리 소자 개발에 적지 않은 영향을 미칠 것으로 기대된다.
장현명·송승우 포스텍(POSTECH) 첨단재료과학부 통합과정 교수는 다강체 산화물(LuMno3)에서 강유전성이 발현되는 원인을 제1원리 시뮬레이션을 통해 풀어냈다. 지금까지 다강체가 강유전성과 자성을 동시에 가지는 이유에 대해서는 많은 연구가 진행돼 왔으나 해법을 못찾아 수수께끼로 분류돼 왔다.
연구팀은 구조적 극성이 생성되는 온도(~1560℃)와 전기적 극성이 생성되는 온도(~1020℃)가 큰 차이를 보인다는 사실에 착안했다. 전기적 극성이 나타나지 않은 상태에서 극성이 나타날 때 영향을 미치는 원자의 이동을 분석하고 이 때 전기적 극성이 원자의 대칭적·비대칭적 이동의 ‘짝이룸(coupling)’으로 인해 일어난다는 사실을 밝혀냈다.
1560℃에서 이뤄지는 구조적 극성 발현은 대칭적 원자이동이 영향을 끼쳐 전기적 극성은 나타나지 않지만, 1020℃에서는 비대칭적 원자이동과 대칭적 원자이동이 짝을 이뤄 일어나는 상태로 바뀌기 때문에 전기적 극성이 나타난다는 것을 알아냈다.
장현명 교수는 “이번 연구결과는 육방정형 망간 산화물에서 공통적으로 일어나는 현상으로 육방정형 상온 다강체뿐만 아니라 강유전체 메모리 소자(통칭 F램) 개발에 영향을 미칠 것으로 예상”했다.
이 연구성과는 ‘제23회 유전체 물성 심포지엄 및 제15회 강유전체 소재·소자 워크숍’에서 최우수 발표상을 수상했다. 또 영국 왕립화학회에서 발간하는 재료화학 분야 권위지 ‘저널 오브 머터리얼스 케미스트리 씨 (Journal of Materials Chemistry C)’ 최신호 표지논문으로 선정됐다.
한편, 이 연구는 한국연구재단 일반연구자지원사업과 KISTI HPC 응용 연구 지원 프로그램 지원을 받아 수행됐다.
◇용어해설
강유전성(ferroelectricity)=자발적인 전기편극을 가지고 있으며 그 자발적 편극이 전기장에 의해 방향을 바꿀 수 있는 성질.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
