우리나라 물리학자들이 '저항 변화'가 아닌 '유전율(permittivity)'을 이용해 정보를 저장하는 기술을 세계 처음으로 개발했다. '유전율'은 전기장 영향으로 분극이 일어난 정도를 표시하는 물리량이다. '텅 비어 있는 공간(0차원 공허)'과 '물질' 사이의 상호작용을 제어해 유전율을 다중 상태로 바꾼 아이디어다.
개발 주역은 오윤석 UNIST 물리학과 교수팀과 김태헌 울산대 물리학과 교수팀(이하 공동 연구팀)이다.
공동 연구팀은 '0차원 공허'와 '물질' 사이의 상호작용이 물질 유전율 크기를 변화시킬 수 있음을 발견하고, 이런 상호작용을 제어해 유전율이 각기 다른 다중 상태로 제어할 수 있는 새로운 메모리 기술을 개발했다.
새로운 웨이퍼 소재 '바륨지르코늄 산화물(BaZrO₃) 단결정' 위에 '티탄산바륨(BaTiO₃)'을 증착하는 방식으로 기존 티탄산바륨과 다른 대칭성을 지닌 새로운 강유전체(Ferroelectrics) 박막 개발에 성공했다. 이 강유전체 티탄산바륨 박막에는 '0차원 공허'가 형성되고, 0차원 공허와 주변 원자들 사이의 상호작용으로 박막 소재 유전율 크기가 변화를 일으켰다.
이렇게 변하는 유전율을 반도체에 적용하면 저항을 이용하는 반도체 메모리보다 에너지 효율이 높고 발열이 없는 메모리 소자를 만들 수 있다. 0차원 공허와 주변 원자 사이의 상호작용을 이용하면 1과 0만 쓰는 이진법 메모리보다 다양한 조합이 가능해 '다진법 메모리'도 구현할 수 있고, 나아가 0차원 공허 주변에만 형성된 양자 스핀은 양자 정보로 활용할 수 있다.
오 교수는 “유전율은 진공 상태에서도 정의할 수 있는 물리량으로 별빛이 진공에 가까운 우주 공간에서 지구까지 도달할 수 있는 이유도 유전율로 설명할 수 있다”며 “직접 개발한 소재 기술을 이용해 0차원 공허가 주변 원자 분극에 미치는 영향을 제어해 새로운 유전율을 나타내는 메모리 소재를 구현했다”고 말했다.
이 연구 결과는 '어드밴스드 머티리얼스' 9월 7일 자에 공개됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
