성균관대, '원자 한 층 신소재'로 초고속·고내구성 메모리 개발

[서울=뉴시스]이예인 인턴 기자 = 임성주·김기강 성균관대학교 에너지과학과 교수 연구팀은 야누스 단일층을 활용한 초고속·고내구성 차세대 메모리 플랫폼을 개발했다고 19일 밝혔다.

이번 연구에는 두옹 응옥 탄(Duong Ngoc Thanh) 연구교수와 스와티 크리슈나(Swathi Krishna) 박사과정생이 핵심 연구원으로 참여했다. 성과는 과학 학술지 네이처의 자매지인 '네이처 커뮤니케이션즈'에 최근 게재됐다.

컴퓨터와 스마트폰은 연산 장치와 메모리가 떨어져 있어 둘 사이를 오가는 데이터가 늘수록 병목현상과 전력 소모가 커진다. 이를 해결할 대안으로 한곳에서 계산과 기억을 함께 처리하는 '인메모리 반도체'가 주목받고 있다.

전기가 끊겨도 정보를 잃지 않는 비휘발성 메모리는 필수적이지만, 기존 소재들은 반복해서 쓰다 보면 쉽게 손상되거나 저장 능력이 떨어져 오랜 시간 안정적으로 작동하기 어려웠다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 로마 신화 속 두 얼굴의 신에서 이름을 딴 '야누스' 나노 신소재에 주목했다. 두께가 약 0.4나노미터에 불과한 원자 한 층에서 윗면은 셀레늄, 아랫면은 황 원자로 비대칭 배열된 소재를 정밀 합성했다.

이 소재는 반도체 특성과 전기를 저장하는 성질을 한 겹의 원자층에 함께 갖춰 미세한 전압 신호만으로도 전하의 방향을 빠르게 바꿀 수 있다.

실험 결과 이 소재로 만든 메모리 소자는 16.5나노초(1억분의 1.65초 수준)의 짧은 전기 신호에도 반응해 정보를 읽고 쓰는 초고속 스위칭 성능을 보였다.

1회 작동에 쓰이는 전력은 펨토줄(1000조분의 1줄) 단위로 낮췄다. 데이터를 1000만 번 이상 지우고 다시 써도 성능이 유지되는 내구성도 확인했다.

임 교수와 김 교수는 "단일층 나노소재로 기존 메모리의 내구성 저하와 전력 소모 문제를 동시에 극복했다"며 "뇌 신경망을 닮은 뉴로모픽 컴퓨터와 고효율 인공지능 하드웨어를 현실화할 원천 기술이 될 것"이라고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 yein020528