KIST 최준우 박사팀이 개발한 반데르발스 자성체를 활용한 스핀소자 - KIST 제공
KIST 최준우 박사팀이 개발한 반데르발스 자성체를 활용한 스핀소자 - KIST 제공

한국과학기술연구원(KIST)은 스핀융합연구단 최준우 박사팀이 차세대 메모리 반도체로 주목받는 '스핀 메모리'의 후보 물질이 두께와 관계없이 정보를 안정적으로 저장할 수 있다는 사실을 실험으로 입증했다.

2017년 반데르발스 물질 중 외부의 자성을 유지하려는 특성인 강자성을 나타내는 물질들이 새로 발견돼 이를 활용해 자성의 스핀 방향을 정보로 저장하는 차세대 스핀 반도체 연구가 활발하게 진행되어왔다. 하지만 반데르발스 자성체들이 철, 코발트 등 기존 자성체와 비교해 원자층 단위로 분리된다는 구조적 특성 외에 눈에 띄게 다른 자성 특성을 발견하지는 못했다.

연구진이 이용한 소재는 반데르발스 자성체 중 'FGT'(Fe₃GeTe₂)다. 이 물질은 자성을 띄는데, 분자 간 약한 상호작용인 '반데르발스 결합'으로 결합한 층상 구조 소재로, 반도체에 적용할 수 있다.

연구진은 물리적 박리 방식으로 FGT 소재를 산화시켰다. 그러자 표면에 반강자성체 층이 생겼고, 강자성체(외부의 자성을 유지하려는 특성을 지닌 물질)가 반강자성체와 상호작용하으로 인해 특정한 방향으로 정렬하는 '교환 바이어스' 현상이 나타나는 사실을 발견했다.

일반적으로 물질이 두꺼우면 교환 바이어스가 약해져 정보 저장성도 줄어들지만 기존 자성체와 달리 FGT 소재는 두께와 관계없이 기존 자성체보다 10배 이상 큰 교환 바이어스(정보저장 안정성)를 나타냈다. 연구진은 이러한 특성이 반데르발스 물질의 층간 상호작용으로 인해 나타났다고 설명했다.

최준우 박사는 "향후 반데르발스 자성체와 다른 성질의 반데르발스 물질의 접합 구조를 활용해 우수한 성능을 가진 스핀 반도체 신소재 개발이 가능해질 것으로 기대한다."고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 '나노 레터스'(Nano Letters)에 게재됐다.

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