전기 대신 열로 스핀전류를 얻는 소재기술 개발 - 자성메모리의 새로운 패러다임 제시 -
□ 박병국 교수(한국과학기술원) 연구팀이 자성메모리(MRAM)의 새로운 동작 원리인 열로 스핀전류*를 생성하는 소재기술을 개발했다고 과학기술정보통신부(장관 유영민, 이하 ‘과기정통부’)는 밝혔다.
* 스핀전류: 일반적인 전류는 전자가 가지고 있는 전하(charge)의 흐름을 말하는데, 스핀전류는 전자의 또 다른 고유특성인 스핀(spin)이 이동하는 현상이다.스핀전류는 전하의 실제적인 이동이 없이 나타날 수 있어 주울열(Joule heating)로 인한 전력손실로부터 자유로울 수 있다.
□ 이 연구는 이경진 교수(고려대), 정종율 교수(충남대)와 공동으로 수행한 것으로, 네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 11월 9일자에 게재되었다.
□ 자성메모리는 실리콘 기반의 기존 반도체 메모리와 달리 얇은 자성박막으로 만들어진 비휘발성 메모리 소자다.
ㅇ 외부 전원 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있으며 집적도가 높고 고속 동작이 가능한 장점이 있어, 차세대 메모리로 개발되고 있다.
□ 자성메모리의 동작은 자성소재에 스핀전류를 주어 자성의 방향을 제어하는 방식으로 이루어진다. 이때, 기존 자성메모리는 스핀전류를 전기로 생성하는데, 이번 연구에서 열로 스핀전류를 발생시키는 소재기술을 개발했다.
ㅇ 그동안 열에 의해 스핀전류가 생성되는 현상, 즉 스핀너런스트 효과(Spin Nernst Effect)가 이론적으로는 발표되었으나, 최근까지 기술적 한계로 실험적으로 증명되지 못했다. 
ㅇ 하지만 이번 연구에서 스핀궤도결합이 큰 텅스텐과 백금 소재를 활용하고 스핀너른스트 자기저항 측정방식을 도입해 스핀너른스트 효과를 실험적으로 규명했고, 열에 의한 스핀전류의 생성효율이 기존의 전기에 의한 스핀전류의 생성효율과 유사함을 밝혔다.
□ 박병국 교수는 “이번 연구는 열에 의한 스핀전류 생성이라는 새로운 물리현상을 실험적으로 규명한 것에 의미가 크고, 추가 연구를 통해 자성메모리의 새로운 동작방식으로 개발할 예정이다.”라고 밝혔다.
ㅇ 열에 의해 동작하는 자성메모리의 개발은 전력소모를 획기적으로 낮출 수 있어 웨어러블, 모바일 및 사물인터넷 등 저전력 동작이 요구되는 전자기기의 발전에 기여할 것으로 기대된다.
□ 이 연구성과는 과기정통부 미래소재디스커버리사업의 지원을 받아 수행되었다.
전기 대신 열로 스핀전류 얻는 소재기술개발
어떤 연구팀에서 자성메모리의 새로운 동작원리인 열로 스핀전류를 얻는 신기술을 알아냈어
박병국 교수(한국과학기술원) 연구팀