KAIST, 반강자성체 자화방향 제어기술 개발

고속 동작 뉴로모픽 자성 소자 핵심 기술

인간 뇌 모사한 뉴로모픽 자성 소자기술 활용 기대

[대전=뉴시스] 반강자성 기반 스핀 소자 응용(왼쪽) 모습과 멀티레벨을 활용한 뇌 모사 컴퓨팅 응용 모식도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 신소재공학과 박병국·정연식 교수와 물리학과 김갑진 교수팀이 반강자성체의 자화 방향을 전기적으로 제어할 수 있는 핵심 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

고속 동작 자성메모리의 핵심 전극 소재로 활용가능한 반강자성체(antiferromagnetic material)는 외부에서 자기장을 걸었을 때 자성을 띠는 강자성체와는 달리 누설자기장이 없고 고속스위칭의 특성을 갖는다.

이번 연구 결과는 반강자성체를 전기적으로 조절할 수 있는 기술로 뇌의 시냅스 동작을 모방할 수 있어 뉴로모픽 컴퓨팅에 응용될 수 있을 것으로 기대받고 있다.

KAIST 신소재공학과 강재민 연구원이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 온라인판에 진나 5일자로 게재됐다. (논문명 : Current-induced manipulation of exchange bias in IrMn/NiFe bilayer structures)

연구팀에 따르면 강자성체를 기반으로 하는 기존 자성메모리(MRAM)는 고집적 소자에서는 누설 자기장으로 인해 인접한 자기 소자간 간섭이 발생한다.

반면 반강자성체는 누설 자기장이 발생하지 않고 이를 자성 소자에 적용하면 초고집적 자기메모리 소자로 개발할 수 있다. 이를 위해 반강자성체의 자화 방향을 전기적으로 제어하는 기술이 필요하다.

KAIST 연구팀은 교환 결합(exchange bias)이 형성된 반강자성체/강자성체 이중층 구조를 제작해 반강자성체에서 생성되는 스핀 전류를 이용, 반강자성체의 자화 방향이 전류의 크기와 부호에 따라 가역적으로 회전되는 사실을 규명해 냈다.

또 반강자성체의 자화 방향을 연속적으로 제어해 다중상태 메모리 구성이 가능하다는 것도 확인했다.

이를 통해 연구팀은 반강자성 제어 기술 개발했고 개발된 제어 기술과 다중상태 스위칭 거동은 초고집적 및 초고속 동작이 가능한 반강자성체 기반 자성메모리 및 뉴로모픽 소자에 쓰일 수 있다.

강재민 연구원은 "이번 연구는 반강자성체의 자화 방향을 스핀 전류로 제어할 수 있음을 실험으로 규명한 것"이라며 "향후 반강자성체를 기반으로 하는 차세대 반도체 기술로 여겨지는 스핀트로닉스 전자소자 개발에 응용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.


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