원자 정밀 제어로 미래 메모리 기술 발전 가능성 제시한 새로운 연구

Seoul포항공과대학교(POSTECH) 연구진이 재료 연구 분야에서 중요한 진전을 이루었습니다. 이 진전은 향후 DRAM 메모리에 중요한 스핀 궤도 토크(SOT) 재료의 발전으로 이어졌습니다. 이번 연구에는 물리학과의 이대수 교수와 박사과정 조용주 학생, 재료공학과의 최시영 교수가 참여했습니다. 연구 결과는 Nano Letters에 게재되었습니다.

주요 발견 사항은 다음과 같습니다:

고효율적인 외부자기장 없이 스핀 궤도 토크(SOT) 자화 전환을 개발하고, 복합 산화물의 원자 수준의 제어를 활용하며, 주로 스트론튬 루테네이트(SrRuO₃)를 연구하는 데 중점을 두고 있습니다.

SOT는 전자의 자기적 및 전기적 특성이 상호 작용할 때 발생합니다. 이 상호 작용은 전류가 흐를 때 스핀의 움직임을 통해 자기 상태를 변화시킵니다. 전기적 데이터 대신 자기적 데이터를 사용하면 메모리의 전력 사용을 줄일 수 있습니다. 이는 전원이 꺼져도 데이터를 유지하는 비휘발성 메모리에 유용합니다.

연구자들은 자성과 "스핀 홀 효과"를 동시에 나타내는 반도체와 금속을 포함한 다양한 소재를 연구하고 있다. 주된 관심사는 스핀-궤도 토크(SOT)를 통해 효율적인 자화 전환을 이루는 것이다. 그러나 단층에서 생성된 반대 방향의 스핀 전류가 서로 상쇄되는 문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위해 이 교수와 최 교수는 소재의 미세 구조를 변화시켰습니다. 그들은 자기성과 스핀 홀 효과를 모두 나타내는 SrRuO3에 주목하였습니다. 연구팀은 최상층과 하층의 원자 구조를 조정하여 다른 스핀 홀 효과를 갖는 SrRuO3를 만들어냈습니다.

더 읽기:

오늘 · 오전 4:56

나노 기술로 혁신하는 장기 이식의 새 지평

자기화 방향을 제어하기 위해 특별히 설계된 표면을 활용하여 스핀-홀 효과를 조정했습니다. 이에 따라 자기장을 사용하지 않고도 효율적으로 자기화를 전환할 수 있었습니다. 그들은 스핀-궤도 토크(SOT)를 SrRuO3로 만든 장치에 도입하여 전기 전류만으로 자기 방향을 변경하고 데이터를 쓰고 읽을 수 있었습니다.

결과적으로 개발된 메모리 장치는 다음과 같은 특징을 보였습니다:

효율성이 가장 높으며 기존 대비 2배에서 130배 더 뛰어납니다. 또한 전력 소비가 가장 낮아, 기존보다 2배에서 30배 더 적은 전력을 사용합니다.

이것은 기존에 알려진 단층, 비자계 시스템과 비교되었습니다. 자계 없이 자화가 전환되었으며, 이전 연구에서 확인된 SrRuO3의 일반적인 특성을 유지했습니다.

리 교수는 팀이 개발한 비대칭 SrRuO3가 강자성과 스핀 홀이펙트 간의 관계를 연구하는 데 중요한 역할을 한다고 말했습니다. 그는 새로운 스핀 궤도 토크(SOT) 메커니즘을 규명하고, 고효율의 상온 단일 상 SOT 재료를 만드는 연구가 계속되기를 기대하고 있습니다.

이 연구는 삼성 미래 기술 육성 프로그램과 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행되었습니다.