KAIST, 뇌 모방한 ‘초고속 전자 소자’ 핵심기술 개발

[이뉴스투데이 전한울 기자] KAIST는 박병국 신소재공학과, 정연식 신소재공학과, 김갑진 물리학과 교수 연구팀이 고속 동작 자성메모리의 핵심 전극 소재로 활용될 수 있는 반강자성체의 자화 방향을 전기적으로 제어할 수 있는 소재 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

박병국 교수 연구팀의 결과는 기존의 강자성체 기반 자성 소자보다 집적도가 높고 동작 속도가 10배 이상 빠르다고 예상되는 반강자성체 기반 소자의 개발 가능성을 높였다. 

또한 기존에 알짜 자화값이 존재하지 않아 자화의 방향을 제어하기 어려웠던 반강자성체를 전기적으로 조절할 수 있는 기술을 개발함으로써 반강자성체의 자화 방향을 연속적으로 제어해 기존의 이진법을 뛰어넘는 멀티레벨 메모리 특성을 보였다. 

뇌의 시냅스 동작을 모방할 수 있어 뉴로모픽 컴퓨팅에 응용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

강재민 KAIST 신소재공학과 연구원이 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션스'에 지난 5일자 온라인 게재됐다.

자성메모리(MRAM)는 차세대 비휘발성 메모리 소자로 개발되고 있다. 기존 자성메모리는 강자성체를 기반으로 하는데, 고집적 소자에서는 강자성체에서 발생하는 누설 자기장으로 인해 인접한 자기 소자 사이에 간섭이 발생하게 된다.

이에 반해 반강자성체는 알짜 자성을 띠고 있지 않아 누설 자기장이 발생하지 않는다. 이를 자성 소자에 적용하면 초고집적 자기메모리 소자 개발이 가능하게 된다. 이를 위해 반강자성체의 자화 방향을 전기적으로 제어하는 기술의 개발이 요구되고 있다.

연구팀은 교환 결합이 형성된 반강자성체, 강자성체 이중층 구조를 제작해 반강자성체에서 생성되는 스핀 전류를 이용해 반강자성체의 자화 방향이 전류의 크기와 부호에 따라 가역적으로 회전함을 실험적으로 규명했다. 

또 반강자성체의 자화 방향을 연속적으로 제어해 다중상태 메모리 구성이 가능함을 보였다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부 미래소재디스커버리사업과 중견연구자지원 사업, KAIST 글로벌 특이점 연구과제의 지원을 받아 수행됐다.