S램이나 D램 같은 메모리 저장용량 수십~수백 배, 처리속도 수천 배까지 올릴 수 있는 2세대 스핀기반 메모리 소자를 실험실 수준에서 제작할 수 있는 길이 열렸다.
유천열 인하대 물리학과 교수 연구팀은 그동안 이론으로만 예측하던 중금속과 자성체 계면에서 발생하는 비대칭 교환 상호작용(DMI) 힘을 정량적으로 측정하는 데 성공했다.
이 연구는 교육부와 한국연구재단이 지원하는 기초연구사업(일반연구자지원)을 통해 수행됐다. 연구 결과물은 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications) 온라인판 7월 8일 자에 게재됐다.
이 연구에는 조재훈 인하대 박사과정 연구원(제1저자)과 유천열 인하대 교수(교신저자), 김준서 네덜란드 아인트호벤 대학교 연구원(공동 교신저자)이 참여했다.
연구팀은 DMI 측정을 위해 중금속 플래티늄 박막 위에 강한 자성체 코발트를 1~2㎚로 입힌 시료와 코발트 합금(CoFeB)을 같은 두께로 입힌 시료로 브릴루앙 광산란 실험을 진행했다. 브릴루앙 광산란 실험은 빛이 자성체에 부딪힌 후 빛 에너지 변화를 통해 자성체가 가지고 있는 특성을 분석하는 실험방법이다.
연구팀은 이 실험을 통해 두 가지 시료에서 모두 스커미온을 만드는 DMI 크기를 정확하게 구해냈다. 스커미온은 전자의 빠른 회전이 만드는 작은 소용돌이를 말한다.
이를 통해 연구팀은 DMI와 자성 물질 두께 상관관계를 확인했다. 또 스커미온 배열이 두 물질 층 경계면에서 일어난다는 것도 밝혔다.
유천열 교수는 “이론으로만 존재하던 DMI 값을 정확히 구했다는 점에서 학문적 의미가 크다”며 “2세대 스핀기반 메모리 소자 핵심 기술이 될 것”으로 예상했다.
대전=박희범기자 hbpark@etnews.com