강자성과 반강자성의 장점만 결합한 차세대 스핀소자“AI 메모리 상용화 성큼”[이데일리 김현아 기자] 인공지능(AI) 반도체의 패러다임을 바꿀 차세대 메모리 소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다.울산과학기술원(UNIST) 유정우·손창희 교수 연구팀은 2일 산화루테늄(RuO₂) 기반의 ‘교자성체’를 이용해 자기 터널 접합(MTJ) 소자를 개발하고, 이 소자에서 터널 자기저항(TMR) 반전 현상을 세계 최초로 관측했다고 밝혔다. 이 연구는 이론물리학 최고 권위지 Physical Review Letters에 6월 20일 게재됐다.이번 성과는 AI 연산 기능이 내장된 저전력 메모리 반도체(MRAM) 개발의 실마리를 제공한 것으로, 학계와 산업계의 주목을 받고 있다.유정우 UNIST 교수손창희 UNIST 교수교자성체란?기존 메모리는 전자의 ‘전하’를 활용하지만, 스핀트로닉스는 전자의 ‘스핀’ 상태로 정보를 저장한다. 스핀은 물리적으로 상·하(↑↓) 방향으로 구분되는데, 이를 기반으로 정보를 읽고 쓰는 기술이 스핀트로닉스다.이 기술은 기존 메모리 대비 △전력 소모가 적고 △비휘발성이며 △연산과 저장이 동시에 가능해 차세대 반도체로 주목받고 있다.그러나 지금까지는 강자성체를 기반으로 해 스위칭 속도와 자기장 간섭에 취약하다는 단점이 있었다.이에 대한 대안으로 떠오른 것이 바로 ‘교자성체(Altermagnet)’다.교자성체는 외형적으로는 자성을 띠지 않지만, 내부 전자 구조는 강자성처럼 스핀 방향에 따라 분리돼 있다. 덕분에 △초고속 스위칭 △자기장 간섭 무시 △정교한 상태 제어가 가능하다.연구팀, RuO₂로 TMR 실험 최초 성공UNIST 연구팀은 대표적인 교자성체 후보 물질인 산화루테늄(RuO₂) 기반으로 자기 터널 접합 소자를 제작했다.이 소자에서 네엘 벡터(스핀 정렬 방향)를 바꿨을 때 전자의 터널 저항값이 뚜렷하게 반전되는 현상을 확인했다.이는 해당 소자가 실제 메모리 소자로 동작할 수 있다는 실험적 증거다. 특히 RuO₂의 TMR은 자화 방향에 따라 크기와 부호가 반전되었으며, 온도 10K에서는 약 5%의 TMR, 50K 이상에서는 감소되는 특성을 보였다.“AI 메모리 소자 상용화 가능성 높여”이번 연구는 미국 DARPA 모델을 참고한 고위험 도전형 지원 프로그램 ‘한계도전 R&D’의 신속 지원으로 수행됐다. 시작 1년 만에 소자 제작과 특성 검증까지 마친 성과다.한국연구재단 김동호 책임은 “기존 R&D 체계로는 시도조차 어려운 교자성체 분야에 과감히 도전한 결과”라며 “AI 시대를 견인할 핵심 반도체 기술로 발전할 수 있도록 후속 지원을 이강자성과 반강자성의 장점만 결합한 차세대 스핀소자“AI 메모리 상용화 성큼”[이데일리 김현아 기자] 인공지능(AI) 반도체의 패러다임을 바꿀 차세대 메모리 소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다.울산과학기술원(UNIST) 유정우·손창희 교수 연구팀은 2일 산화루테늄(RuO₂) 기반의 ‘교자성체’를 이용해 자기 터널 접합(MTJ) 소자를 개발하고, 이 소자에서 터널 자기저항(TMR) 반전 현상을 세계 최초로 관측했다고 밝혔다. 이 연구는 이론물리학 최고 권위지 Physical Review Letters에 6월 20일 게재됐다.이번 성과는 AI 연산 기능이 내장된 저전력 메모리 반도체(MRAM) 개발의 실마리를 제공한 것으로, 학계와 산업계의 주목을 받고 있다.유정우 UNIST 교수손창희 UNIST 교수교자성체란?기존 메모리는 전자의 ‘전하’를 활용하지만, 스핀트로닉스는 전자의 ‘스핀’ 상태로 정보를 저장한다. 스핀은 물리적으로 상·하(↑↓) 방향으로 구분되는데, 이를 기반으로 정보를 읽고 쓰는 기술이 스핀트로닉스다.이 기술은 기존 메모리 대비 △전력 소모가 적고 △비휘발성이며 △연산과 저장이 동시에 가능해 차세대 반도체로 주목받고 있다.그러나 지금까지는 강자성체를 기반으로 해 스위칭 속도와 자기장 간섭에 취약하다는 단점이 있었다.이에 대한 대안으로 떠오른 것이 바로 ‘교자성체(Altermagnet)’다.교자성체는 외형적으로는 자성을 띠지 않지만, 내부 전자 구조는 강자성처럼 스핀 방향에 따라 분리돼 있다. 덕분에 △초고속 스위칭 △자기장 간섭 무시 △정교한 상태 제어가 가능하다.연구팀, RuO₂로 TMR 실험 최초 성공UNIST 연구팀은 대표적인 교자성체 후보 물질인 산화루테늄(RuO₂) 기반으로 자기 터널 접합 소자를 제작했다.이 소자에서 네엘 벡터(스핀 정렬 방향)를 바꿨을 때 전자의 터널 저항값이 뚜렷하게 반전되는 현상을 확인했다.이는 해당 소자가 실제 메모리 소자로 동작할 수 있다는 실험적 증거다. 특히 RuO₂의 TMR은 자화 방향에 따라 크기와 부호가 반전되었으며, 온도 10K에서는 약 5%의 TMR, 50K 이상에서는 감소되는 특성을 보였다.“AI 메모리 소자 상용화 가능성 높여”이번 연구는 미국 DARPA 모델을 참고한 고위험 도전형 지원 프로그램 ‘한계도전 R&D’의 신속 지원으로 수행됐다. 시작 1년 만에 소자 제작과 특성 검증까지 마친 성과다.한국연구재단 김동호 책임은 “기존 R&D 체계로는 시도조차 어려운 교자성체 분야에 과감히 도전한 결과”라며 “AI 시대를 견인할 핵심 반도체 기술로 발전할 수 있도록 후속 지원을 이어가겠다”고 밝혔다.
