초 저전력 차세대 반도체 소자 구현할 핵심기술 개발

표준연 "나노 자성구조체 스커미온의 생성과 삭제, 실험으로 첫 증명"

한국표준과학연구원은 차세대 반도체 소자인 스커미온 기반 전자소자를 구현할 핵심 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

스커미온은 전자의 스핀(전자가 자기장에 대해 회전운동을 하는 물성)에 의해 자성을 띠는 소용돌이 모양으로 배열된 구조체이다.

수 ㎚(나노미터·10억분의 1m)까지 크기를 줄일 수 있으며 매우 작은 전력으로도 이동할 수 있어 차세대 초 저전력 전자소자로 주목받고 있다.

2009년 스커미온이 발견된 이후로 스커미온을 활용한 전자소자에 대한 연구가 활발히 진행돼 왔지만, 스커미온 생성·삭제·이동·검출 기술 중 일부 기술만 사용하는 방향으로 연구돼 왔다.

하나의 소자 내에서 4가지 기술을 모두 구현하기 어려웠기 때문이다.

스커미온의 전기적 제어가 쉽지 않아 실험적으로 증명하기 어려웠고, 주로 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 연구가 진행돼 왔다.

표준연 양자기술연구소 양자스핀팀은 3차원 수직 전극 구조를 바탕으로 스커미온의 생성과 삭제 방식을 실험적으로 구현하는 데 성공했다.

산화층 내부에 3차원 수직 전극 역할을 하는 필라멘트가 만들어지는 것을 이용, 자성체의 특정 위치에 전류를 주입했을 때 스커미온이 쉽게 생기고 없어지는 것을 확인했다.

황찬용 책임연구원은 “이론적으로 제시된 스커미온 소자를 처음 실험으로 증명해 냈다”며 “국내 대기업이 개발 중인 차세대 자성메모리(M램) 기술에도 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

대구경북과학기술원(DGIST) 홍정일 교수 연구팀이 공동으로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스트 머티리얼스'(Advanced Materials) 지난달 27일 자 온라인판에 실렸다.

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