국내 공동연구팀이 자기메모리 전력 소모를 낮추고 에너지 효율을 높이는 새로운 방법을 찾아냈다.

포스텍은 이현우 물리학과 교수와 박제근 서울대 물리천문학부 교수, 장 카이쎈 박사 공동연구팀이 2차원 반데르발스 물질(Fe3GeTe2)에 전류를 걸면 이 물질이 강자성 물질에서 연자성 물질로 바뀐다는 것을 발견하고, 이를 이용해 자기메모리 에너지 효율을 높이는 방법을 제안했다고 8일 밝혔다.

연자성 물질은 자석의 N극과 S극 방향이 쉽게 뒤바뀌는 자석 물질이다. 자석 N극과 S극이 어느 방향을 가리키는지를 이용해 정보를 저장하는 자기 메모리에 연자성 물질을 사용하면 낮은 에너지로도 N극과 S극 방향을 쉽게 바꿀 수 있어 정보를 쉽게 쓸 수 있고 에너지 효율이 높아진다.

그러나 연자성 물질은 자기장에 살짝만 노출되어도 N극과 S극 방향이 쉽게 바뀌기 때문에 자기메모리를 연자성 물질로 만들면 정보를 안정적으로 오래 저장할 수 없다는 치명적인 문제가 있다. 이런 이유로 자기메모리에 대한 기존 연구는 모두 N극과 S극 방향이 쉽게 바뀌지 않는 강자성 물질을 사용해 이뤄져 왔다. 단 이 경우 N극과 S극 방향이 쉽게 바뀌지 않기 때문에 정보를 기록하기 위해서는 강한 자극을 주어야 하고 이로 인해 에너지 효율이 낮아지는 문제가 생긴다.

공동연구팀의 2차원 반데르발스 물질은 강자성 물질로서 N극과 S극 정보를 안정적으로 유지할 수 있는데 새로운 정보를 쓰려고 할 때만 이 물질을 연자성 물질로 바뀔 수 있고 이 성질을 이용하면 정보 저장 안정성과 정보 저장 에너지 효율을 동시에 높이는 것이 가능하다.

이현우 교수는 “2차원 반데르발스 물질에 전류를 걸면 특이한 형태의 스핀-궤도 토크가 생겨나면서 연자성 물질로 바뀐다. 이 성질을 이용하면 정보 저장 안정성을 훼손하지 않으면서 자기메모리 에너지 효율 문제를 해결할 수 있다”고 말했다.

삼성미래기술육성사업과 한국연구재단 리더프로그램 지원으로 이뤄진 이번 연구성과는 최근 재료과학분야 국제학술지 '어드밴스트 머터리얼스'에 게재됐다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com