초저전력 차세대 스핀 메모리가 온다

송경미 연구원(박사과정)

우성훈 KIST 박사

국내 연구진이 스핀 구조체 '스커미온'의 직진운동을 가능케 함으로써 차세대 초저전력 스핀 메모리 구현에 한발짝 다가섰다.

우성훈 한국과학기술연구원(KIST) 스핀융합연구단 선임연구원 연구진은 이론으로만 제시되었던 높은 직진성 및 이동효율을 보이는 스커미온의 움직임을 구현하는데 성공했다고 12일 밝혔다.

2009년 처음 발견된 소용돌이 모양의 스핀 구조체인 스커미온은 특유의 위상학적 안정성과 작은 크기, 효율적인 움직임 등으로 인해 초고밀도, 고속력 차세대 메모리 소자의 기본 단위로 학계에서 매우 큰 주목을 받고 있다. 하지만 스커미온의 위상학적 특징 중 하나인 '스커미온 홀 효과(Skyrmion Hall effect·전류를 가하였을 때, 스커미온이 전류의 방향에 대해 대각선으로 움직이는 위상학적 효과 )'로 인해 스커미온의 운동을 원하는 방향으로 제어할 수 없었고, 따라서 외부에서 인가하는 전류의 방향 그대로 움직이는 '스커미온 직진운동' 구현 물질 및 기술 개발이 요구되어 왔다.

연구진은 강자성체와 반강자성체의 중간 형태인 '페리자성체'를 사용해 스커미온의 높은 직진성 및 이동효율을 구현하는데 성공했다.

실제 스커미온을 사용하여 메모리 소자를 구동하기 위해서는 개개의 스커미온의 위치를 정확히 조절할 수 있어야 한다. 이러한 위치조정을 위해서는 외부 전류를 이용하여 스커미온을 원하는 위치로 이동시키는, 즉 전류방향 그대로 스커미온을 직진 운동 시키는 것이 핵심 기술로 요구된다. 우성훈 선임연구원은 "이번 연구는 스커미온이 실제 메모리 소자에 적용되기 위한 핵심 기술이며, 향후 스커미온 기반의 초저전력 메모리를 구현하는 데 큰 기여를 할 것"이라고 설명했다. 그는 "4차 산업혁명과 함께 고성능 고용량 전자소자들이 매우 빠른 속도로 출현함에 따라 초저전력 메모리 소자의 개발은 현재 매우 절실한 이슈로 자리 잡고 있다"며 "본 연구를 통해 개발한 스커미온 메모리 핵심 기술은, 향후 실제 스커미온 기반의 초저전력 스핀 메모리 소자 구현 및 관련 산업 전반에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다. 이번 연구 논문에는 KIST 연수생 송경미 박사과정(숙명여자대학교 물리학과) 학생이 공동 1저자로 참여했다. 연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스' 최신호에 게재됐다.

[원호섭 기자]

[ⓒ 매일경제 & mk.co.kr, 무단전재 및 재배포 금지]