국내 연구진이 실리콘 기반의 기존 반도체를 대체할 차세대 소자 재료로 주목받는 페로브스카이트를 이용해 스핀 메모리 소자를 구현하는 데 성공했다.
과학기술연합대학원대학(UST·총장 이은우)은 13일 한국표준과학연구원 김진희교수와 베트남 출신 박사과정 누엔 타치씨가 페로브스카이트 물질을 이용, 작동속도가 빠르고 전력소모가 적은 스핀 메모리 소자를 개발했다고 밝혔다.
김 교수가 교신저자로, 누엔 타치씨가 제1저자로 참여한 이 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications, 8월 13일자)에 게재됐다.
페로브스카이트는 부도체와 반도체, 도체 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는특별한 구조의 금속 산화물로 실리콘 기반 반도체 소자를 기능적 한계를 극복할 미래 소재로 주목받고 있다.
연구진은 이 연구에서 부도체인 스트론튬 타이타네이트(SrTiO₃)와 란타늄 알루미네이트(LaAlO₃)를 접합한 페로브스카이트 물질을 만들고 이 물질로 스핀 메모리소자를 개발했다.
스트론튬 타이타네이트와 란타늄 알루미네이트는 부도체지만 그 접합 면은 전기가 통하고 강자성과 초전도성을 동시에 나타내는 것으로 나타났다.
연구진은 두 물질의 접합 면에서 나타나는 강자성 특성을 이용, 기존 반도체 소자에서 사용되는 전하량 조절 대신 전자의 스핀 조절을 통해 스핀 메모리 소자를 처음으로 만들었다.
또 두 물질의 접합 면에서 나타나는 강자성이 철(Fe)과 같은 외부 불순물이 아닌 전자들의 상호작용이라는 내재적인 원인에 의해 발현된다는 사실도 입증했다.
이 연구는 페로브스카이트 물질로 뛰어난 특성의 스핀 메모리 소자를 구현한 데큰 의미가 있다고 연구진은 설명했다. 스핀 메모리 소자는 기존 반도체 소자보다 작동속도가 빠르고 전력소모가 적어 향후 차세대 기능성 소자로 기대를 모으고 있다.
김진희 교수는 "이 연구 성과를 토대로 소자의 작동 온도 상온화 등 지속적인연구·개발을 하면 고성능 산화물 스핀 메모리 소자의 개발이 가능할 것으로 기대한다"고 말했다.
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