국내 연구진이 '스핀 전류'를 효율 높게 생성하는 새로운 소재를 개발했다. 스핀 전류는 차세대 메모리로 주목받는 '자성 메모리(MRAM)'의 핵심이다.
이경진 고려대 교수, 박병국 한국과학기술원(KAIST) 교수 공동 연구팀은 새로운 소재 구조에서 스핀 전류가 효과적으로 생성된다는 사실을 이론·실험으로 입증했다고 11일 밝혔다.
MRAM은 외부 전원 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있고 집적도가 높다. 동작 속도도 빨라 차세대 메모리로 주목받는다. 스핀 전류를 자성 소재에 주입해 발생하는 스핀 토크로 동작한다. 스핀 전류 생성 효율이 소모 전력과 직결된다.
스핀 전류는 전자의 고유 특성인 '스핀'이 이동하는 현상이다. 전하의 흐름을 말하는 일반 전류와 다르다. 전하 이동이 없기 때문에 주울열로 인한 전력 손실에서 자유롭다.
연구팀은 새로운 소재 구조인 강자성·전이금속 이중층에서 스핀 전류를 효과적으로 생성할 수 있음을 규명했다. 기존 기술과 달리 생성된 스핀 전류의 스핀 방향을 임의로 제어할 수 있었다.
스핀 궤도 토크 기반 MRAM에 적용하면 토크 스핀 토크 효율을 높이고 외부 자기장 없이 동작할 수 있다.
이경진 교수는 “스핀 궤도 결합이 비교적 작다고 알려진 값싼 강자성과 전이금속의 이중층 구조에서 스핀 전류가 생성되는 것, 하부 강자성 물질의 자화방향에 따라서 스핀 전류의 스핀 방향을 제어 할 수 있음을 규명했다”면서 “추가 연구를 통해 개발된 소재를 기반으로 자성메모리 개발에 주력할 예정”이라고 밝혔다.
연구 결과는 국제학술지 '네이처 머티리얼스'에 실렸다. 과학기술정보통신부 미래소재디스커버리사업의 지원을 받아 수행됐다.
송준영기자 songjy@etnews.com