전류만으로 차세대 메모리 자성 조절…DGIST, 제어기술 개발

[대구=뉴시스]정재익 기자 = 재료의 조성이나 두께를 바꾸지 않고 전류만으로 차세대 메모리의 자성 특성을 조절하는 기술이 개발됐다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 화학물리학과 홍정일 교수 연구팀이 전류 펄스를 이용해 페리자성체의 스핀 배열과 보상온도를 조절하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.

페리자성체는 서로 반대 방향을 향하는 두 종류의 자성이 함께 존재하는 물질이다. 온도에 따라 두 자성의 크기가 변하다가 특정 온도에서 서로 상쇄되는데 이를 '보상온도'라고 한다. 

보상온도 부근에서는 자성을 빠르고 효율적으로 제어할 수 있어 고속·고집적 메모리 소자 개발에 중요한 특성으로 꼽힌다.

기존에는 보상온도를 바꾸기 위해 합금의 조성이나 박막 두께를 조절하거나 열처리와 이온 주입 등 추가 공정이 필요했다. 이 때문에 소자를 만든 뒤 원하는 위치의 자성 특성을 자유롭게 바꾸기 어려웠다.

연구팀은 백금과 이리듐망간, 코발트가돌리늄으로 구성된 다층 박막에 전류를 흘려 발생하는 '스핀-궤도 토크'를 활용했다.

전류가 이리듐망간의 스핀 배열을 바꾸고 이 변화가 인접한 코발트가돌리늄의 스핀 상태에 영향을 미쳐 보상온도가 달라지는 원리다. 물질의 성분은 그대로 두고 내부 스핀 배열만 전기적으로 조절한 것이다.

실험 결과 코발트가돌리늄 박막의 보상온도는 전류를 흘린 뒤 약 70K 낮아졌다. 조성이 다른 박막에서는 최대 약 110K 감소했다.

전류 펄스의 세기와 시간을 조절하면 보상온도도 단계적으로 바뀌는 것으로 확인됐다. 연구팀은 이 기술이 위치마다 서로 다른 자기 특성을 설정하는 다중 상태 메모리와 재구성 가능한 스핀 소자 등에 활용될 것으로 기대하고 있다.

이번 연구에는 최원창·심태보 연구자가 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 게재됐다.

홍 교수는 "전류 펄스의 세기와 시간을 이용해 페리자성체의 보상온도를 조절할 수 있다는 점에서 차세대 스핀 메모리 기술로 확장될 가능성이 크다"고 말했다.


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