김갑진 연구팀, 초고속 동작 자기메모리 기술 개발 성공

향후 차세대 메모리 구현도 앞당길 수 있는 기술이 개발되어 화제다.

김갑진 교수(한국과학기술원)와 이경진 교수(고려대) 연구팀이 ‘차세대 자구벽 기반 자기메모리(Domain wall-based magnetic memory, 이하 자구벽 메모리)’의 속도를 획기적으로 향상시키는 기술개발에 성공 했다고 과학기술정보통신부는 밝혔다.

기존의 하드디스크는 외부 전원 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있는 비휘발성 특성을 가지고 있으나, 원판을 회전시켜 정보를 저장하기 때문에 에너지 소모가 크고 속도가 느리다는 한계가 있었다. 자구벽 메모리는 기계적 회전이 아닌, 자성 나노선에서 자구벽의 이동으로 동작하는 비휘발성?저전력의 특성을 갖는 신개념 메모리 소자다. 그러나 동작 속도가 수백 m/s(meters per second)에 머무르고 있어 실용화를 위해 동작속도를 높이는 핵심 기술개발이 요구된다.

자구벽 메모리 연구는 대부분 ‘강자성체’ 물질을 사용하고 있으나, 연구팀은 페리자성체(GdFeCo)를 활용하여 특정 조건을 만족할 경우 자구벽의 이동속도가 수 km/s까지 급속도로 빨라지는 현상을 발견했다. 강자성체는 자화(자성을 지니는 현상)가 모두 한 방향으로 정렬되어 있는 자성체를 말하며 페리자성체는 인접한 자화가 반대로 정렬되어 있고 크기가 서로 다른 자성체를 말한다.

강자성체의 경우 물질 내부의 자화가 한쪽방향으로 향하고 있어 저속의 원인으로 알려진 워커붕괴 현상을 피할 수 없었다. 워커붕괴현상(Walker breakdown)은 자성물질이 본질적으로 가지게 되는 각운동량(회전운동하는 물체의 운동량) 때문에 일어난다. 하지만 GdFeCo는 Gd와 FeCo의 자화가 반평행으로 나열되어 있어, 두 각운동량의 총합이 0인 지점에서 워커붕괴현상이 사라지면서 자구벽의 속도를 상온에서 2km/s 이상으로 증가시키는데 성공했다.

국내 자성재료 연구 수준은 세계적으로도 인정받아

이번 연구성과로 자구벽 메모리에 초고속 동작특성을 가미한다면, 하드디스크를 뛰어넘는 고집적·저전력·비휘발성을 갖춘 차세대 메모리가 될 것으로 기대되고 있다. 정보저장 소자의 핵심은 용량과 속도이다. 김갑진 교수는 “이 연구는 페리자성 특성을 갖는 새로운 소재를 도입하여 자구벽 메모리 소자 구동에서 약점으로 작용했던 저속 구동 문제를 해결했다. 이와 더불어 지금까지 강자성체에만 국한되었던 관련 과학기술분야의 연구를 페리자성체로 확장했다는데 큰 의의가 있다”고 말했다.

김 교수는 “이번 연구는 페리자성체의 각운동량이 0인 지점에서 나타나는 새로운 물리현상을 발견했다는 점에서 의미가 크고, 향후 차세대 메모리 구현도 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”라며, “현재 국내 자성재료 연구 수준은 세계적으로도 인정받고 있다. 또한 국내 반도체 메모리 산업 역시 세계 1위를 달리고 있다. 따라서 지속적인 연구 개발을 통해 자성메모리 연구개발 및 궁극적으로는 상용화에 앞장서고 싶다”고 밝혔다