KIST-MIT, ‘無전력’ 메모리 소자 가능성 세계 첫 규명

머니투데이

류준영 기자

두 개의 자구벽이 부딪힐 때 나타나는 강한 크기의 스핀파에 대한 도식/사진=KIST

국내 연구진이 초저전력을 넘어선 전력소모 ‘0’인 ‘무(無)전력’ 메모리소자를 가능케 하는 물리적 현상을 세계 최초로 규명했다.

우성훈 한국과학기술연구원(KIST) 스핀융합연구단과 제프리 비치 미국 매사추세츠공대(MIT) 재료공학과 교수팀으로 이뤄진 국제공동연구팀이 소자의 스핀성질을 활용해 전력소모 없이 메모리 소자를 구동할 수 있는 방법을 세계 최초로 구현했다고 31일 밝혔다.

이번 연구 결과는 기존에 이론으로만 제시됐던 스핀파를 이용한 자구벽의 이동을 세계 최초로 구현한 것이다. 스핀파는 스핀 배열이 흐트러짐에 따라 발생하다고 생각되는 파동, 자구벽은 강자성체 내부에서 자석처럼 일정한 방향의 강도의 자기를 가지고 있는 작은 영역인 자구(磁區)와 자구의 경계를 뜻한다.

서로 다른 자성을 띈 자기 구역을 구분하는 자구벽 구조는 높은 이동도와 안정성, 값싼 공정가격 등을 바탕으로 이를 차세대 메모리 소자에 적용하기 위한 연구가 세계적으로 활발하게 진행돼 왔다.

하지만 자구벽 구조를 이동시키기 위해 소모되는 임계 전류값이 기존 전자소자와 비교해 큰 이점을 가지지 못한다는 ‘전력소모의 한계'로 인해, 임계 전류를 낮추기 위한 다각도의 연구가 이뤄져 왔으나 여전히 분명한 해결책이 나타나지 않았다.

이번 연구는 기존에 전기적인 방법을 이용해 자구벽을 이동시켜야 한다는 고정관념을 깬 전혀 새로운 접근 방법의 결과이다.

연구팀은 2개의 자구벽이 부딪혀서 생기는 스핀의 독특한 파동 형태인 스핀파를 사용해 전력소모 없이도 자구벽의 효율적인 이동이 가능하다는 것을 밝혔다. 즉, 외부전류의 유입없이 자구벽의 유무상태를 바꿀 수 있게 된 것. 이로써 향후 무전력 소자가 가능해질 것이라는 원리를 세계 최초로 규명했다.

우성훈 박사/사진=KIST

또 스핀파의 효율적인 생성을 위해 두 개의 자구벽의 충돌을 이용함으로서, 전력 소모 없이도 강한 크기의 스핀파가 생성될 수 있음도 보여줬다.

우성훈 박사는 “스마트기기 하나가 처리해야할 정보의 양이 기하급수적으로 늘어나고 있는 상황에서 초저전력 문제는 굉장히 큰 이슈로 자리 잡고 있다”며 “이 같은 상황에서 이번 연구결과가 제시하는 스핀소자를 활용한 새로운 접근법은 향후 차세대 메모리 관련 산업전반에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 피직스’ 31일자에 게재됐다.