차세대 자성 메모리 속도·용량 업그레이드할 이론 입증

서강대 정명화 교수팀 "자성 메모리 뛰어넘는 3차원 스핀구조 메모리 응용 기대"

서강대 정명화 교수

어디서나 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.

과학기술정보통신부는 서강대 정명화 교수 연구팀이 자성물질 사이에 숨겨진 자기적 상호작용을 규명해 차세대 메모리 반도체인 자성 메모리의 속도와 저장용량을 한 단계 더 발전시켜줄 가능성을 입증했다고 10일 밝혔다.

이 연구 성과는 재료분야 최상위 국제학술지 '네이처 머티리얼스'에 3일 게재됐다.

전류를 기반으로 하는 기존 메모리와 달리, 자성 메모리는 전자의 스핀(회전)에 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 됐다.

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.

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.

[e-mail] 김만기 기자