[IT비즈뉴스 김진수 기자] 외부전원 공급 없이도 정보를 유지할 수 있는 자성메모리(Magnetic Random Access Memory, MRAM) 기술이 주목받고 있는 가운데 MRAM 구동에서 핵심으로 작용되는 스핀전류를 효율적으로 생성할 수 있는 신소재가 개발돼 주목된다.

이번 연구는 이경진(고려대)·박병국(KAIST) 교수 공동연구팀, 김괍진 KAIST 교수 연구팀과 미국 국립연구소 NIST의 스타일스(Stiles) 박사 연구팀이 공동 수행한 결과로 네이처 머테리얼즈 3월19일 온라인 게재됐다.

집적도가 높고 고속동작이 가능한 장점으로 차세대 메모리 기술로 각강받고 있는 MRAM은 전세계 반도체 기업들이 경쟁적으로 개발에 나서고 있다. MRAM은 스핀전류를 자성소재에 주입·발생하는 스핀토크로 이뤄진다.

스핀전류는 전자의 또 다른 고유 특성인 스핀(Spin)이 이동하는 현상을 말한다. 전하의 실제 이동이 없기 때문에 주울열(Joule Heating)로 인한 전력손실이 없다. 이 때문에 스핀전류 생성 효율이 MRAM의 소모전력을 결정짓는 핵심기술이라고 할 수 있다.

연구진은 새로운 소재구조인 강자성/전이금속 이중층에서 스핀전류를 효과적으로 생상할 수 있음을 이론 및 실험으로 규명했으며, 특히 기존 기술과 달리 생성된 스핀전류의 방향을 임의로 제어할 수도 있는 것으로 확인됐다.

MRAM은 자성물질의 자화방향에 정보를 기록하기 때문에 자화방향을 제어하는 것이 동작원리로 작용한다.

스핀전류를 이용해 자화방향을 제어하는 것이 스핀궤도토크다. 즉, 스핀궤도토크의 효율성을 높이고 외부가지장의 필요성 제거를 위해서는 스핀전류의 방향을 임의로 제어하는 기술이 필요하다.

연구진은 기술이 스핀궤도토크 기반의 MRAM에 적용되면 스핀토크 효율을 높이고 외부자기장 없이 동작 가능해 스핀궤도토크 MRAM 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대하고 있다. 스핀궤도토크 MRAM은 SRAM 대비 전력소비가 극히 낮아 모바일과 웨어러블 등 IoT 메모리로 활용성이 높다.

이경진 교수는 “이번 연구는 스핀궤도결합이 비교적 작다고 알려져있는 강자성/전이금속의 이중층 구조에서 스핀전류가 생성되는 것과 하부 강자성 물질의 자화방향에 따라 스핀전류의 방향을 제어할 수 있음을 규명한 것에 의미가 있다”며 “추가 연구를 통해 개발된 신소재 기반의 MRAM 개발에 주력할 예정”이라고 전했다.