DGIST(대구경북과학기술원·총장 신성철)는 유천열 신물질과학전공 교수 연구팀이 비대칭 상호작용(DMI)을 정량적으로 측정하는 기술을 제시했다고 12일 밝혔다. 

컴퓨터·스마트폰 등 전자기기에 데이터 저장 장치로 사용하는 SRAM, DRAM 등의 메모리 소자는 집적 밀도와 발열 등의 측면에서 한계를 보이고 있다. 이에 저전력, 고밀도, 비휘발성 등을 지닌 스핀 기반 메모리가 차세대 메모리 소자로 각광받고 있다. 

차세대 메모리 소자의 성능은 스핀-궤도 돌림림의 일종인 비대칭 교환 상호작용에 영향을 받는다. 자성 물질의 스핀은 평소 한 방향으로 나란히 배열돼 있지만 DMI 값이 일정 값 이상으로 커지면서 '스커미온'이라는 작은 소용돌이 모양으로 재배열된다. 

자성을 이용한 메모리의 저장 능력과 속도는 메모리 소자의 크기와 이동 속도에 따라 결정되는데, 스커미온은 크기가 작고 이동 속도로 빨라 소용돌이 방향을 디지털 신호화하면 초고밀도와 고속력의 메모리 소자 개발이 가능하다. 

하지만 스커미온을 만들기 위한 DMI 값은 고가의 특수한 실험 장비를 사용하거나 복잡한 실험과 해석 과정을 거쳐야만 측정이 가능해 메모리 소재 개발에 걸림돌이 돼 왔다. 

이에 연구팀은 삼각형과 같이 비대칭적인 모양을 갖는 시료에서 가장자리의 자화 방향의 기울어짐이 DMI 값과 관련있다는 사실을 이용해 DMI 값을 손쉽게 측정할 수 있는 방법을 개발했다. 

더욱이 연구실에서 사용하는 저가의 장비를 이용해 기술을 개발하는 등 시간과 비용을 크게 줄여 스핀 기반 차세대 메모리 소자 개발과 연구 활용에 기대를 모으고 있다. 

유천열 교수는 "실험실에서 사용하고 있는 저가의 장비를 이용해 DMI 값을 정확히 측정했다"며 "향후 기존 메모리에 비해 저장 용량이 크고, 동작 속도도 빠른 제2세대 스핀 기반 메모리 소자 개발에 핵심적인 기술이 될 것"이라고 밝혔다. 

이번 연구성과는 미국 화학회에서 발행하는 나노 분야 국제학술지 '나노 레터스(Nano Letters)' 온라인판 지난달 27일자에 실렸다.