KAIST, 준강자성체 이용한 ‘차세대 반도체 기술’ 발전 방향 제시

[이뉴스투데이 전한울 기자] KAIST는 이경진 물리학과 교수, 김세권 교수 연구팀이 스핀 기반 차세대 반도체 기술(스핀트로닉스)의 최신 연구 동향과 미래 발전 전략을 정리한 `준강자성체 기반 스핀트로닉스' 리뷰 논문을 물리, 재료 분야의 세계적인 학술지 `네이처 머터리얼스' 2022년 1월호에 표지논문으로 게재했다고 6일 밝혔다.

스핀트로닉스는 성장 한계에 다다른 기존 반도체 기술의 근본적인 문제점들을 전자의 양자적 성질인 스핀을 이용해 해결하고자 하는 연구 분야다. 이는 기존 정보처리 기술을 혁신적으로 발전시켜 초고속 초고집적 차세대 반도체 기술을 구현할 것으로 기대되고 있다. 

스핀트로닉스 장치의 핵심 구성 요소는 자성체이기 때문에, 스핀 기반의 초고속 초고집적 정보처리를 구현하기 위해서는 최적의 자성 물질을 규명하는 것이 필수적이다.

지난 수십 년간 스핀트로닉스에서 주로 사용돼왔던 강자성체는 스핀 동역학 속도가 기존 정보 처리 기술의 수준과 유사한 기가헤르츠(GHz) 수준에 머물러 정보 처리 속도 향상에 어려움을 겪고 있었다. 또한, 강자성체가 생성하는 강력한 주위 자기장으로 인해 강자성체 기반 장치들이 서로 강하게 간섭해 스핀 장치의 집적률을 증가시키는 데도 어려움이 있었다. 

이경진 교수와 김세권 교수는 지난 수년간의 연구를 통해 새로운 자성체인 준강자성체를 이용하면 강자성체가 갖는 문제점들을 해결해 초고속 초고집적 스핀 기반 정보 처리 장치를 개발할 수 있음을 밝혀왔고, 이를 기반으로 이번 리뷰 논문을 게재했다.

연구팀은 준강자성체 기반 스핀트로닉스의 미래 발전 방향도 제시했다. 준강자성체 기반의 초고속 자기광학 장치 개발, 준강자성체가 갖는 독특한 스핀파 성질을 이용한 파동 및 양자 정보처리 장치 개발, 준강자성체를 이용한 뇌 모사 컴퓨팅 개발 등이 기대된다. 

또한 새로 개발된 준강자성체는 기존의 자성체와 근본적으로 다른 물리현상을 보일 것으로 기대돼 준강자성체 기반의 근본 자성 연구에 대한 발전 방향도 제시했다. 

이번 연구는 이경진 KAIST 교수, 김세권 교수, 저프리 비치 미국 MIT 교수, 테루오 오노 일본 교토대학 교수, 테오 라싱 네덜란드 Radboud 대학 교수, 양현수 싱가포르국립대 교수의 공동 연구로 진행됐다.