고효율 자성메모리 신소재 개발됐다

강자성·전이금속 이중층으로 스핀전류 발생 확인

과학기술정보통신부는 이경진 고려대학교 교수와 박병국 한국과학기술원 교수 공동연구팀이 자성메모리(MRAM) 구동의 핵심인 스핀전류를 효율적으로 생성하는 새로운 소재를 개발했다고 밝혔다.

MRAM는 외부 전원의 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있으며 집적도가 높고 고속 동작이 가능한 장점이 있어 차세대 메모리로 전 세계 반도체 업체들이 경쟁적으로 개발하고 있다.

스핀전류는 MRAM의 소모 전력을 결정하는 핵심 기술이다. 스핀전류는 전자가 가지고 있는 전하의 흐름을 말하는 일반전류와 달리, 전자의 또 다른 고유특성인 스핀이 이동하는 현상이다. 스핀전류는 전하 이동 없이 나타날 수 있어 전류가 흐르면서 발생하는 열로 인한 전력손실로부터 자유로울 수 있다.

연구팀은 이 연구에서 새로운 소재구조인 강자성과 전이금속 이중층에서 스핀전류를 효과적으로 생성할 수 있음을 이론과 실험으로 규명했다. 특히 이 구조에서는 이전 기술과 달리 생성된 스핀전류의 스핀방향을 임의로 제어할 수 있다고 강조했다.

이 신소재를 MRAM에 적용할 경우, 전력 효율을 높이고 외부 자기장 없이 동작이 가능해 스핀궤도토크 MRAM 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. 스핀궤도토크 MRAM은 고속 동작과 비휘발성이 특징이며, 에스램 대비 대기전력을 획기적으로 감소시켜 저전력을 필수로 요구하는 모바일, 웨어러블, 또는 사물인터넷용 메모리로 활용 가능성이 높다.

이경진 교수는 “이 연구는 스핀궤도 결합이 비교적 작다고 알려진 값싼 강자성과 전이금속의 이중층 구조에서 스핀전류가 생성되는 것, 스핀전류의 스핀 방향을 제어 할 수 있다는 것을 이론과 실험으로 규명한 것에 의미가 크다"며 "추가 연구를 통해 개발된 소재를 기반으로 하는 MRAM 개발에 주력할 예정”이라고 밝혔다.