내 용
(요 약) |
□ 고려대학교(총장 정진택) 공과대학 신소재공학부 김영근 교수 연구팀이 차세대 자기메모리(MRAM) 개발과 구동 원리를 이해하는데 필수적인 비대칭 교환결합력을 측정하고 그 원인을 밝혀냈다. 비대칭 교환결합력이란 비자성 박막과 자성 박막의 접합구조에서 나타나는 스핀 현상이다.
□ 자기메모리(MRAM)는 다층의 자성 박막을 이용하여 정보를 저장하고 처리하는 메모리 소자로서 전원을 꺼도 정보를 기억하는 비휘발성 특성이 있으며, 최근 스핀전달토크(spin transfer torque, STT) 기록 방식의 MRAM이 상용화되었다. 차세대 MRAM 경우, 스핀궤도토크(spin-orbit torque, SOT)를 이용하는 방식이 동작 속도와 에너지 효율 측면에서 유리할 것으로 기대되어 세계 곳곳에서 경쟁적으로 개발하고 있다.
○ 스핀전달토크의 구동속도와 스위칭 전류밀도는 비대칭 교환결합력의 크기와 방향에 따라 크게 영향을 받는 것으로 알려져, 비대칭 교환결합력이 발생하는 원리를 이해하는 것이 중요하다.
○ 그러나 스핀궤도토크의 경우, 비대칭 교환결합력의 크기와 방향이 스위칭에 미치는 영향이 거의 알려진 바 없어 추가적인 연구가 필요하다.
□ 스핀-궤도 상호작용이 강한 금속층과 자성층 사이에 수 나노미터 두께의 초박막 산화물 계면층을 넣어주면 두께에 따라 비대칭 교환결합력의 세기가 진동하는 현상을 발견했다.
○ 이는 초박막 산화물의 반도체적 특성 변화에 의한 것임을 확인하였으며, 산화물 계면층의 밴드갭 에너지에 따른 비대칭 교환결합력의 변화를 이론적으로 규명했다.
* 자기메모리: 데이터 처리 속도가 빠르고 전원이 공급되지 않는 상황에서도 저장된 정보를 유지할 수 있는 소자
* 비대칭 교환결합력(Dzyaloshinskii-Moriya interaction, DMI): 스핀 간 비대칭적 결합을 선호하는 양자역학적 상호작용
□ 이에 따라 계면 산화층의 두께에 따른 비대칭 교환결합력의 세기를 측정하고 이론적으로 규명하여 스핀-궤도결합 원리 규명에 실마리를 제공할 것으로 기대된다.
□ 과학기술정보통신부 원천기술개발사업(미래소재디스커버리사업) 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 6월 2일 오후 7시(한국시간) 게재됐다.
= 이하 내용 첨부파일 참조 = |
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20210602[고려대]차세대 메모리(MRAM)의 숨겨진 물리 현상 규명.hwp