차세대 메모리…전기없이 양끝 온도 차이로 동작

KIST 연구원 등 국제 연구팀 관련 기술 내놓아

▲전기 없이 동작하는 스핀 메모리 소자.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 전기 없이 나노 자석 양 끝의 온도 차이로 동작하는 차세대 스핀 메모리 소자가 개발됐다.

전기를 가하지 않고 나노 자석 양쪽 끝의 온도 차이를 이용해 스핀 전류를 발생시킴으로써 메모리 소자에 정보를 기록할 수 있다. 전력소비 문제를 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원 (KIST, 원장 이병권) 스핀융합연구단의 최경민 박사가 주 저자와 교신저자로 참여했고 KIST 민병철 박사, 고려대 이경진 교수, 일리노이주립대 David G. Cahill 교수 등 국제 공동 연구팀이 수행했다.

전자가 스스로 회전하는 운동을 스핀이라고 한다. 이를 이용해 수 나노미터의 크기의 나노 자석에 정보를 저장하는 것이 스핀트로닉스 메모리 기술이다. 전자의 스핀이 일정한 방향으로 정렬돼 흐르면 스핀전류가 발생하고 이를 이용해 나노 자석에 정보를 기록해 메모리로서 작동할 수 있다.

이런 스핀트로닉스 메모리는 기존 D램 등의 반도체에 비해 전력을 공급하지 않아도 정보가 지워지지 않으며 용량이 큰 정보의 저장이 가능해 차세대 메모리로 각광받고 있다. 기존 스핀트로닉스 메모리에서는 정보를 기록할 때 비교적 큰 전류가 필요한 것이 단점으로 지적됐다. 연구팀이 개발한 기술은 외부에서 전력 공급없이 나노 자석 양쪽 끝의 온도 차이만을 이용해 스핀 메모리 소자에 정보를 기록할 수 있어 스핀 메모리 소자의 에너지 손실을 획기적으로 개선할 수 있다.

금속이나 반도체에서 양쪽 끝의 온도를 서로 다르게 유지하면 온도 차이에 의해 전압이 발생한다. 이로 인해 외부에서 전지를 연결하지 않아도 금속이나 반도체에 전류가 흐른다. 이와 유사하게 자석의 양쪽 끝의 온도를 서로 다르게 유지하면 온도 차이에 의해 자석 안에 스핀 전류가 발생한다. 서로 다른 스핀을 가진 전자들이 각각 반대방향으로 움직일 경우, 스핀 전류는 흐르는데 실제 전류는 전혀 흐르지 않을 수 있다. 이런 방법을 이용하면 전하에 의한 전류는 전혀 흐르지 않는 상태에서 스핀 전류만을 이용해 스핀 메모리 소자를 동작시키기 때문에 기존 기술에 비해 에너지 손실이 줄어든다.

스핀 열전 효과를 이용해 스핀트로닉스 소자를 동작시키는 것은 그동안 전 세계적으로도 성공하기 어려웠던 것으로 이번 연구결과로 스핀을 이용한 저전력 메모리 소자와 통신 소자 개발에 한걸음 더 다가섰다는 평가를 받고 있다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr