"결함이던 잡음 역이용"…IBS, 전압 따라 스핀 방향 바꾸는 소자 개발

전압에 따라 달라지는 임의전신잡음(RTN) 신호와 스핀 정렬.(IBS 제공)/뉴스1

(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 전압에 따라 스핀 방향을 바꿀 수 있는 '스핀 스위칭 소자'를 개발했다.

기초과학연구원(IBS)은 나노구조물리 연구단 이영희 연구단장 연구팀이 미국 하버드대 김필립 교수팀, 숙명여대 주민규 교수팀과 함께 상온에서 자성을 유지하는 2차원 강자성 소재를 개발하고, 이를 토대로 전압에 따라 스핀 정렬을 바꾸는 스핀 스위칭 소자를 구현했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 텅스텐이셀레늄화합물에 농도 0.1%의 바나듐을 주입했을 때 시간에 따라 규칙적으로 지속하는 스핀 임의전신잡음(RTN) 신호가 발생하는 것을 발견했다.

임의전신잡음은 음악을 듣다가 소리가 갑자기 커지거나 작아지는 것처럼 반도체의 결함이나 불순물로 인해 지속 발생하는 형태의 잡음을 말한다.

자성반도체 소자에서 스핀에 의한 임의전신잡음 신호를 관측한 건 이번이 처음이다.

이후 연구팀은 이 2차원 자성반도체 물질 위아래에 그래핀 전극을 붙여 역발상으로 임의전신잡음 크기를 극대화했다.

이를 통해 전압에 따라 임의전신잡음 신호가 달라진다는 것을 처음 확인했다.

2차원 자성반도체 소재에 음(-)의 전압을 가하면 서로 다른 자기구역의 스핀이 같은 방향으로 정렬하며 큰 자기저항을 보인다.

반면 양(+)의 전압을 가하면 각 자기구역의 스핀이 반대 방향으로 정렬하며 작은 자기저항을 나타낸다.

이는 전압에 따라 스핀의 방향이 바뀌고 저항을 제어하는 스핀 스위칭 소자로 구현한 것이다.

스핀을 이용해 기기를 켜거나(on) 끄고(off), 0과 1의 논리회로를 구현해 정보를 저장할 수 있다.

연구팀은 전압뿐 아니라 자기장이나 온도를 바꿔도 같은 효과를 낸다는 것도 확인했다.

이영희 IBS 나노구조물리 연구단장

이영희 단장은 “자성반도체의 스핀 임의전신잡음을 학계에 처음 보고하고 이 신호를 스위칭 소자로 활용한 첫 번째 사례"라며 “2차원 자성반도체 소재를 상온 스핀트로닉스의 핵심 소자로 응용할 가능성을 열었다"고 말했다.

연구결과는 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 지난 11일 게재됐다.

memory4444444@news1.kr