KIST, 차세대 반도체 소재 특성 발견..정보 저장 10배 더 안정적

국내 연구진이 스핀 메모리 소재 후보로 주목받는 '반데르발스 자성체' 정보저장 안정성이 다른 소재보다 10배 이상 높다는 연구 결과를 내놓았다.

스핀 메모리는 전자 스핀 특성을 이용한 차세대 메모리다. 서로 다른 2개 강자성체(외부 자성을 유지하려는 물질)가 핵심 소재 구조다. 두 강자성체 스핀 방향으로 '0'과 '1'에 해당하는 정보를 갖게 된다.

반데르발스 자성체란 물질 층과 층 사이 결합력이 약한 '반데르발스' 결합으로 이뤄진 자성체다. 단일 원자층으로 쉽게 분리할 수 있어 2차원 물질로도 불린다. 강자성을 나타내는 물질들이 새로이 발견돼 차세대 스핀 반도체 연구가 활발하다.

반데르발스 자성체와 일반적인 자성체에서 나타나는 두께에 따른 교환 바이어스 크기 변화

한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 최준우 스핀융합연구단 책임연구원팀이 반데르발스 자성체의 정보 저장 안정성을 나타내는 '교환 바이어스 특성(인접 반강자성체와 상호작용해 강자성체 스핀이 정렬되는 성질)'이 일반 자성체보다 10배 이상 크고, 근본적으로 다른 물성을 가짐을 규명했다고 4일 밝혔다.

대표적 반데르발스 자성체인 'Fe₃GeTe₂(FGT)' 특성을 분석한 결과, 두꺼워 지면서 교환 바이어스 크기가 약해지는 기존 자성체들과 달리 두께에 영향을 거의 받지 않으며, 이것이 10배 이상 클 수 있음을 찾아냈다. 이런 특이한 자성 특성이 반데르발스 물질이 갖는 내재적 성질인 약한 층간 상호작용 때문인 것을 밝혔다.

교환 바이어스는 2018년부터 양산되고 있는 차세대 스핀 메모리의 핵심 동작 원리다. 반데르발스 자성체를 활용해 차세대 스핀 메모리 정보 저장 안정성을 크게 향상시킬 수 있음을 시사한다.

최준우 책임연구원은 “이번 연구결과를 토대로 향후 반데르발스 자성체와 다른 성질의 반데르발스 물질 접합구조를 활용, 우수한 성능을 가진 스핀 반도체 신소재 개발이 가능해질 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업 및 창의형융합연구사업, 선도연구센터지원사업으로 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 나노과학 분야의 국제 저널인 '나노 레터스' 최신 호에 게재됐다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com