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자성 메모리에 숨겨진 자기장 상호작용 찾았다

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2019년 06월 10일 12:00 프린트하기

정명화 서강대 교수. 과기정통부 제공.
정명화 서강대 교수. 과기정통부 제공.

국내 연구진이 차세대 메모리 반도체로 꼽히는 자성 메모리의 속도와 저장 용량을 높일 수 있는 실마리를 찾아냈다. 

 

정명화 서강대 교수 연구팀은 마티아스 클로우이 독일 마인츠대 교수 연구팀과 공동연구를 통해 자성물질 사이에 숨겨진 자기적 상호작용을 규명해 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’ 6월 3일자에 발표했다고 밝혔다. 

 

대용량 정보 저장장치인 메모리는 정보화 시대에 필수적이다. 메모리 중 자성 메모리(M램)는 전원이 끊겨도 저장된 정보가 사라지지 않는 비휘발성 특성이 있는 자성 메모리(M램)는 최근 주목받으며 상용화되고 있다. 

 

자성 메모리는 전자의 스핀(회전)에 따른 자성을 이용한다는 점에서 전류를 이용하는 기존 메모리와 다르다. 2개의 자성물질에서 자기장이 생기는 현상(자화)의 방향이 같거나 반대일 때 0 또는 1의 정보를 기록하는 방식으로 정보를 저장한다. 비휘발성 등 장점이 많지만 자화 방향을 바꿀 때 필요한 소비 전력이 크다는 게 한계였다. 

 

연구팀은 자성물질에서 대칭적 상호작용에 의한 2가지 자화 방향뿐 아니라 비대칭적 상호작용에 의한 자화 방향도 있다는 사실을 발견했다. 2개의 자성물질 사이에 있는 비자성 물질에 의해 대칭성이 붕괴되면서 비대칭적 상호작용이 생긴다는 것을 규명했다. 

 

이같은 비대칭적 상호작용을 이해하고 활용하면 기존의 스핀 구조에서 비대칭적인 특이한 스핀 구조를 구성할 수 있다. 정보를 저장하는 방식이 추가되는 셈이다. 연구팀은 이를 통해 자성 메모리 속도와 저장 용량을 크게 개선할 수 있을 것으로 기대했다. 

 

정명화 교수는 “이번 연구는 자성 박막 사이에 존재했지만 밝혀지지 않은 새로운 자기적 상호작용을 밝혔다는 게 핵심”이라며 “향후 메모리 소자의 저장 용량 한계를 극복하고 새로운 형태의 자성 메모리 소자를 디자인하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 

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