자성 메모리의 숨겨진 자기 상호작용 규명…메모리 속도·용량 ↑

하수은 / 기사승인 : 2019-06-11 10:09:08
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[일요주간=하수은 기자] 과학기술정보통신부는 정명화 서강대 교수 연구팀이 자성물질 사이에 숨겨진 자기적 상호작용을 규명했다고 11일 밝혔다.
 
이는 차세대 메모리 반도체인 자성 메모리의 속도와 저장용량을 한 단계 더 발전시켜줄 가능성을 입증한 셈이다.


연구팀은 자성물질에서 대칭적 상호작용에 의한 두 가지 자화 방향(동일·반대 방향)뿐 아니라 비대칭적 상호작용에 의한 자화 방향도 있음을 발견했다.
 
연구팀은 이를 실험적으로 규명하기 위해 수직 자화를 가지는 Co/Pt 단일층 및 다층 박막을 제작해 수직 방향의 자화를 측정했다. 다층 박막에서 대칭적인 수직 자화 곡선이 수평 방향으로 인가하는 자기장에 의해 비대칭적인 자화 곡선으로 변화했다. 이는 단일 자성층에서 얻어진 대칭적 스위칭 결과와 명확히 비교된다.
 

▲ 비대칭 층간 상호작용에 대한 모식도.(자료=과학기술정보통신부 제)

연구에서 밝혀진 비대칭적 상호작용은 두 자성물질 사이에 있는 비자성 물질에 의해 대칭성이 붕괴되면서 발생하고 자성물질의 종류에 무관하게 재현된다. 두 자성물질 사이에 숨겨진 새로운 자기적 상호작용을 규명했다는 점에서 학술적인 큰 의미가 있다.
 
비대칭적 자기 상호작용을 이용하면 자성물질에서 동일·반대 방향의 대칭적 스핀 구조 뿐 아니라 비대칭적 특이한 스핀 구조를 구성할 수 있다. 이로써 0과 1의 이진법을 뛰어넘어 더욱 빠르고 데이터 용량이 큰 신개념 비휘발성 메모리 소자 응용도 가능하다.
 
정명화 교수는 “이 연구는 자성 박막 사이에 존재하는 밝혀지지 않은 새로운 자기적 상호작용을 밝혔다는데 큰 의의가 있다”며 “향후 메모리 소자의 저장 용량 한계를 극복하고 자성 소재의 구조적 문제를 해결해 새로운 형태의 자성 메모리 소자를 디자인하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
 
연구 성과는 재료분야 최상위 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스’에 지난 3일 게재됐다.

 

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