기초과학연구원(IBS)은 차세대 메모리 소재인 스핀 메모리 소자를 초고속·초전력 대용량으로 구현할 수 있는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

IBS 소속 원자제어 저차원 전자계 연구단과 강상관계 물질 연구단은 자석 성질을 띠는 자성 반도체 물질에서 '초거대 각자기저항' 현상을 세계 최초로 발견했다.

이는 자기장 크기가 일정할 때 '스핀' 각도에 따라 자기저항 크기가 10억 배까지 변화하는 현상을 뜻한다.

자석의 원인인 스핀은 전자가 자기장에 대해 회전운동을 하는 물성이다.

보통의 반도체에서 전기장으로 전류 흐름을 조절하는 것처럼 스핀 방향을 이용해 전류 흐름을 조절할 수 있게 됐다.

연구진은 기존 반도체 특성과 위상 자성체 특성을 결합하는 계기가 될 뿐만 아니라 외부 잡음에 강하고 정보 손실이 없는 스핀 정보 소자로 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

위상 상태는 고체 물질의 전자구조가 뫼비우스의 띠처럼 꼬여진 구조를 말하는데, 위상 자성체는 기존 위상물질과 달리 자성에 따라 위상학적 전자 상태 특성이 변화되는 물질이다.

스핀 정보 소자 기술(스핀트로닉스)은 에너지 효율이 높고 정보 연산·저장을 동시에 할 수 있어 기존 반도체 기술의 한계를 보완·대체할 기술로 여겨진다.

연구진은 이번에 발견한 기술을 활용하면 초고속·초전력 대용량 스핀 메모리 소자 구현을 앞당길 수 있을 것으로 보고 있다.

김준성 연구위원은 "국내 연구진이 자성 위상 물질 분야에서 선도적인 역할을 하고 있음을 보여주는 사례"라고 말했다.

이번 연구 결과는 이날 네이처(Nature, IF 49.962)에 온라인 게재됐다.