전자의 흐름을 제어하는 방식의 기존 반도체가 가공 선폭, 발열 등의 물리적 한계에 도달하면서 이를 극복하기 위한 대안으로 스핀트로닉스 기술이 떠오르고 있다.
스핀트로닉스는 전자가 갖는 스핀운동 특성을 반도체에 응용하는 기술로, 스핀트로닉스 소자는 초고속⋅초저전력 특성을 가져 기존 반도체보다 월등한 고속연산과 고용량 저장이 가능하다.
KAIST는 물리학과 김세권 교수팀이 기초과학연구원 복잡계 이론물리연구단 김경민 박사팀, 한양대 물리학과 박문집 교수팀과 공동연구로 뒤틀림 자성체를 이용해 위상적 솔리톤을 안정화시킬 수 있는 기술을 세계 최초로 개발, 차세대 반도체용 스핀트로닉스 기술을 진일보시켰다고 20일 밝혔다.
솔리톤은 특정 파동구조가 사라지지 않고 계속 유지하는 현상으로, 이를 적용한 위상적 솔리톤 구조체로 초고속 비휘발성 메모리 소자를 개발하는 연구가 세계 곳곳에서 경쟁적으로 진행 중이다.
하지만 지금까지 연구된 위상적 솔리톤은 수직 이방성을 갖는 자성체에서만 안정적인 특성을 보여서 이에 대한 물질 선택이 제한됐기 때문에 기술 발전의 한계로 작용했다.
공동연구팀이 발견한 위상적 솔리톤은 수직 이방성이 아닌 수평 이방성을 띄는 자성체에 존재하는 스핀 구조체 ‘메론’이다.
세계 최초로 발견된 안정한 위상적 솔리톤 '메론' 모식도. KAIST 공동연구팀은 메론의 안정화 기술을 확보함으로써 지금까지 수직 이방성 자성체에만 국한됐던 솔리톤 기반 차세대 반도체 기술 연구를 다양한 자성체로 확대할 수 있는 기반을 마련했고, 이를 통해 스핀트로닉스 기술이 한 단계 더 성장할 수 있게 됐다.
김 교수는 "이번 연구결과는 무한한 가능성을 갖는 뒤틀림 자성체 기반의 새로운 물리현상 탐색과 활용 연구의 시발점이 될 것“이라고 밝혔다.
