산화루테늄은 최근 반도체 분야에서 강자성과 반강자성 소재의 장점을 갖춘 제3의 자성 소재인 ‘교자성체’로 분류되며 관심을 받아온 물질이다. 이 물질은 이론적으로 기존 반도체 소자의 속도 한계를 넘고 에너지 효율을 극대화하는 스핀 반도체를 만들 수 있다.
하지만 자성 소재로 반도체와 같은 전자 소자를 만들려면 ‘스핀’ 신호를 회로가 인식할 수 있는 전류 신호로 바꾸는 과정이 필수인데, 교자성 소재의 경우 아직 확립된 제어 기술이 부족했다.
연구팀은 이 물질 내부의 스핀 정렬 방향인 네엘 벡터를 조절하면, 스핀이 전하 전류로 바뀌는 변환 방향(극성)이 정반대로 뒤집힌다는 사실을 실험적으로 입증했다. 이는 외부 전력 공급 없이도 정보가 유지되는 ‘비휘발성’ 메모리 소자의 ‘0’과 ‘1’ 상태를 명확하게 구분하고 제어할 수 있는 원리다.
공동연구팀은 “교자성체에서 스핀 신호를 가역적으로 조절할 수 있다는 점을 실험으로 확인한 연구”라며 “이런 원리는 스핀 기반 차세대 논리 소자나 메모리 소자 설계에 쓰일 수 있을 것”이라고 설명했다.
연구팀은 과학기술정보통신부의 ‘한계도전 R&D 프로젝트’ 지원을 바탕으로 소재 합성부터 소자 제작과 측정, 논문 발표에 이르는 전 과정을 1년여만에 완수해 탁월한 성과를 거뒀다. 이다예기자 ties@ksilbo.co.kr
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