POSTECH, 붓 그리듯 ‘다중이’ 메모리 만들었다
고집적도, 고도 보안을 요구하는 메모리에 응용될 듯

원자힘간현미경(AFM)을 붓처럼 사용해 만들 수 있는, 4개의 서로 다른 상태를 유지하는 ‘다중이’ 메모리 소자가 개발됐다. 경쟁적으로 개발되고 있는 첨단 메모리 소자들과 마찬가지로 전력은 적게 소모하면서도 집적도를 크게 높였을 뿐만 아니라, 고도의 보안을 요구하는 메모리에 활용될 것으로 기대를 모으고 있다.

POSTECH 첨단재료과학부․신소재공학과 장현명 교수․손종역 박사(현 경희대 교수)팀은 망간(Mn) 원자가 도핑된 바리움 티타네이트 나노막대 배열을 이용, 4개의 메모리 상태를 가지는 다중상태(多重狀態) 메모리 소자를 개발하는데 성공했다.

특히 이 메모리 소자는 AFM현미경 끝에 물질을 살짝 묻혀 선을 긋거나 틀 속으로 방울을 흘려 넣는 간단한 방법을 이용해 눈길을 끌었다.

정보처리 속도는 빠르면서 전력소비를 크게 줄여 향후 IT기술을 크게 향상시킬 것으로 기대를 모으는 R램, F램과 같은 첨단 메모리 소자들은 1이나 0, 혹은 양극(+)과 음극(-) 등 2개의 메모리 상태만을 기록하고 저장하는 방식을 사용하고 있다.

연구팀은 전기적, 자기적 현상이 동시에 일어나는 다강체*1 물질이 전기와 자기 분극*2에서 각각 양극과 음극의 상태가 된다는 점을 착안해 전기의 양극, 음극과 자기의 양극, 음극 등을 조합, 4중 상태를 하나의 메모리에서 구현하는데 성공했다.

이처럼 메모리 상태가 3개 이상이 될 경우, 같은 크기의 메모리에 집적도를 높일 수 있을 뿐 아니라, 정보를 각 상태별로 분산해 저장할 수 있기 때문에 고도의 보안이 필요한 메모리에 활용할 수 있다.

또, 붓으로 선을 그리듯 간단하게 제작할 수 있는 점이나, 가로-세로 어느 방향으로 제작하든지 그 성능에 영향을 미치지 않는 점, 소재가 상온에서도 문제없이 구동된다는 점 등 다양한 장점을 가지고 있다는 점에도 학계의 관심을 받았다.

한편 이번 연구성과는 미국화학회에서 발행하는 나노과학 분야의 권위지 ACS나노(ACS Nano)지 온라인판으로 최근 발표됐다.  

1. 다강체(多强體, multiferroics)
강유전성과 강자성 성질을 동시에 가지고 있는 물질로, 한 물질에서 자기적 현상과 전기적 현상이 동시에 발생해 첨단 전자소자에 응용 가능한 물질로 평가된다. 

2. 전기분극, 자기분극
특정 온도와 압력의 조건에서 결정내의 양이온과 음이온이 각각 반대방향으로 분리되어 전기 쌍극자를 가지게 되는 현상을 전기분극이라고 부르며, 흔히 강유전 분극이라 불리운다.

전자의 스핀 운동에 의해 스핀 축에 나란한 방향으로 미세한 자기 모멘트가 형성되면 이 축의 한쪽 끝은 N극, 다른 쪽 끝은 S극과 같은 역할을 하게 되어 미세 자석이 만들어진다. 이 때 전기분극과 유사하게 N,S 극이 나뉘는 것을 자기분극이라 부른다.