전력 66배 줄인다…온도만으로 데이터 저장 메모리 개발

포스텍·충남대 공동 연구팀 개발

[포항=뉴시스] 포스텍(포항공과대학교)과 충남대 공동 연구팀이 전기를 거의 쓰지 않고 온도 변화 만으로 전자의 스핀 방향을 바꾸고 전원 없이 상태를 유지하는 초저전력 메모리를 개발했다. 포스텍 기계공학과 진현규 교수(왼쪽부터)·통합과정 김준석씨, 충남대 신소재공학과 정종율 교수·카오반 푸억 박사. (사진=포스텍 제공) 2026.04.21. [email protected]

[포항=뉴시스]송종욱 기자 = 포스텍(포항공과대학교)은 기계공학과 진현규 교수·통합과정 김준석씨, 충남대 신소재공학과 정종율 교수·카오반 푸억 박사 공동 연구팀이 전기를 거의 쓰지 않고 온도 변화 만으로 전자의 스핀 방향을 바꾸고 전원 없이 상태를 유지하는 초저전력 메모리 개발에 성공했다고 21일 밝혔다.

이번 연구 결과는 재료 과학 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈' 앞 속 커버 논문으로 선정됐다.

인공지능(AI) 기술이 발전해 '전력을 얼마나 줄이면서 빠르게 데이터를 처리할 수 있느냐'가 핵심 경쟁력으로 실제 대규모 데이터센터는 작은 도시 하나와 맞먹는 전력을 소비한다고 알려져 있다.

대안으로 주목 받는 것이 바로 '스핀트로닉스(spintronics)’다. 스핀트로닉스는 전자의 전하뿐 아니라 '스핀(spin)'을 활용해 정보를 저장하는 기술이다. 전자의 스핀 방향이 '0'과 '1'의 정보가 된다. 특히 전류가 흐르지 않는 '자기절연체' 기반 스핀트로닉스 소자는 발열에 의한 에너지 손실도 적어 에너지 효율이 높다.

[포항=뉴시스] 포스텍(포항공과대학교)과 충남대 공동 연구팀이 전기를 거의 쓰지 않고 온도 변화 만으로 전자의 스핀 방향을 바꾸고 전원 없이 상태를 유지하는 초저전력 메모리를 개발했다. 열 이력 기반 온도 유도 비휘발성 스위칭 개념도(1), 온도 조절에 따른 작동 신호(2), 애초의 SOT 스위칭과 소모 에너지 비교(3). (사진=포스텍 제공) 2026.04.21. [email protected]

연구팀은 이를 '열 이력(thermal hysteresis)' 현상으로 해결했다. 열 이력은 온도를 올렸다가 내려도 바로 원래대로 돌아가지 않고 일정 구간 동안 유지되는 현상이다.
 
'가돌리늄 철 가넷(GdIG)'과 '홀뮴 철 가넷(HoIG)' 두 종류의 희토류 철 가넷을 쌓아 이중층 구조를 제작했다. 두 물질은 모두 자석처럼 반응하지만 온도에 따라 스핀 방향이 변하는 방식이 달라 특정 온도 구간에서 서로 다른 방향을 더 안정적으로 선호하게 된다.

여기에 두 층 사이 강한 결합과 각 물질이 가진 고유한 자기 방향성이 더해져 특정 온도 범위에서 두 가지 서로 다른 자석 방향 상태가 안정적으로 유지되는 '쌍 안정성'이 구현됐다.

이 현상은 줄다리기에 비유할 수 있다. 두 물질은 서로 줄을 당기는 두 팀이고 온도는 각 팀의 힘을 키우거나 약하게 만드는 응원이다. 한쪽이 우세해지면 줄은 그 방향으로 넘어가고 바닥 마찰력 덕분에 응원이 줄어도 쉽게 다시 뒤집히지 않는다. 이처럼 한 번 바뀐 상태가 유지되는 것이 바로 비휘발성의 핵심이다.
 
연구팀은 약 ±25 K(켈빈, 절대온도) 온도 변화와 약한 자기장 만으로 스핀 방향을 안정적으로 전환하는 데 성공했다. 또 이 방식은 전류를 이용해 자석 방향을 바꾸는 기존 스핀궤도토크(SOT) 방식보다 최대 66배 적은 에너지를 사용하며 조건에 따라서는 최대 452배까지 절감할 수 있을 것으로 분석했다.

진 교수는 "이번 연구는 온도 변화만으로 스핀 방향을 제어하고 그 상태를 유지할 수 있음을 입증한 것"이라며 "AI 시대에 요구되는 초저전력 메모리 소자 개발에 중요한 전환점이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구는 삼성전자 삼성미래기술육성사업, 과학기술정보통신부 나노소재기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.


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