김갑진 교수(한국과학기술원)와 이경진 교수(고려대) 연구팀이 '차세대 자구벽 기반 자기메모리(Domain wall-based magnetic memory, 이하 ’자구벽 메모리‘)’의 속도를 획기적으로 향상시키는 기술개발에 성공 했다고 과학기술정보통신부는 밝혔다.

▲ 페리자성체를 이용한 자구벽 메모리 소자의 개념도

이 연구는 물리·재료 분야 최고 권위의 학술지인 네이처 머티리얼스 (Nature Materials) 지난 9월 25일자에 게재됐다.

기존의 하드디스크는 외부 전원 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있는 비휘발성 특성을 가지고 있으나, 원판을 회전시켜 정보를 저장하기 때문에 에너지 소모가 크고 속도가 느리다는 한계가 있었다.

자구벽 메모리는 기계적 회전이 아닌, 자성 나노선에서 자구벽의 이동으로 동작하는 비휘발성·저전력의 특성을 갖는 신개념 메모리 소자다. 그러나 동작 속도가 수백 m/s(meters per second)에 머무르고 있어 실용화를 위해 동작속도를 높이는 핵심 기술개발이 요구된다.

자구벽 메모리 연구는 대부분 ‘강자성체*’ 물질을 사용하고 있으나, 연구팀은 ‘페리자성체’인 GdFeCo를 활용해 특정조건을 만족할 경우 자구벽의 이동속도가 수 km/s(kilometers per second)까지 급속도로 빨라지는 현상을 발견했다.

강자성체의 경우 물질내부의 자화가 한쪽방향으로 향하고 있어 저속의 원인으로 알려진 워커붕괴현상을 피할 수 없었다.

그러나 GdFeCo는 Gd와 FeCo의 자화가 반평행으로 나열돼 있어, 두 각운동량의 총합이 0인 지점에서 워커붕괴현상이 사라지면서 자구벽의 속도를 상온에서 2km/s 이상으로 증가시키는데 성공했다.

이번 연구성과로 자구벽 메모리에 초고속 동작특성을 가미한다면, 하드디스크를 뛰어넘는 고집적·저전력·비휘발성을 갖춘 차세대 메모리가 될 것으로 기대되고 있다.

김갑진 교수는 “이번 연구는 페리자성체의 각운동량이 0인 지점에서 나타나는 새로운 물리현상을 발견했다는 점에서 의미가 크고, 향후 차세대 메모리 구현도 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

이 연구성과는 과기정통부 미래소재디스커버리사업의 지원을 받아 수행됐다.