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[IT뉴스]“강한 자기장 없이도 전류 스위칭”…저전력 스핀 반도체 소자 개발 물꼬

온카뱅크관리자

2025-12-10 10:57:28

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">- UNIST , 교자성 산화루테늄 소재에서 가역적 스핀 신호 변환 성공</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="ZswwWBpXZ1">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="7c2346bfd0ab3863b4e6ce039d177aa40dcfb5e996a959d925c56d0ec44258e9" dmcf-pid="5OrrYbUZH5" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="이번 연구를 수행한 UNIST 연구진. 유정우(왼쪽부터)·손창희 교수, 정현정 박사, 소기목 연구원.[UNIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202512/10/ned/20251210104850867pddp.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="xroostGhZu" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202512/10/ned/20251210104850867pddp.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            이번 연구를 수행한 UNIST 연구진. 유정우(왼쪽부터)·손창희 교수, 정현정 박사, 소기목 연구원.[UNIST 제공]
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          </figure>
          <p contents-hash="7de0a02a187383512cdcfeefff689965312c938077877d87ce920bbaab12cdfc" dmcf-pid="1ImmGKu55Z" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 교자성체 소재 안에서 스핀의 정렬된 방향을 바꿔 변환 신호 방향을 뒤집는 데 성공했다. 복잡한 구조나 강한 자기장 없이도 전류를 스위칭할 수 있는 저전력 스핀 반도체 소자 개발의 물꼬를 텄다는 평가다.</p>
          <p contents-hash="9d94c61b0b33ecbc38bd8e12c4310965adb051e1280b9581b4091ad307338fdf" dmcf-pid="tCssH971HX" dmcf-ptype="general">UNIST(울산과학기술원) 신소재공학과 유정우 교수와 물리학과 손창희 교수팀은 산화루테늄 교자성 소재 안에서 스핀-전하 변환을 가역적으로 제어할 수 있음을 실험적으로 입증했다고 10일 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="5d68db4a12bc70a13aa135a691e729ac38ae27f85c56ea573f60488620181a48" dmcf-pid="FhOOX2ztZH" dmcf-ptype="general">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 과정(스핀-전하 변환)이 필수인데, 교자성 소재의 경우 아직 확립된 제어 기술이 부족했다.</p>
          <p contents-hash="053f94bb0701e3f1d2c7d804528f80d5bc34edd7c95731cbcca3bc58edb12d43" dmcf-pid="3lIIZVqF5G" dmcf-ptype="general">연구팀은 이 물질 내부의 스핀 정렬 방향인 네엘 벡터(Néel vector)를 조절하면, 스핀이 전하 전류로 바뀌는 변환 방향(극성)이 정반대로 뒤집힌다는 사실을 실험적으로 입증했다. 즉 물질 내부의 자성 정렬 상태를 180도 회전시키는 것만으로도 출력되는 전기 신호의 플러스(+)와 마이너스(-)를 가역적으로 바꿀 수 있음을 증명한 것이다. 이는 외부 전력 공급 없이도 정보가 유지되는 ‘비휘발성’ 메모리 소자의 ‘0’과 ‘1’ 상태를 명확하게 구분하고 제어할 수 있는 원리다.</p>
          <p contents-hash="76b8ae46cb6024292f087926129572f922c78bb6675086b47aef5e58e694faf5" dmcf-pid="0SCC5fB3ZY" dmcf-ptype="general">기존 기술에서는 이러한 신호 변환을 제어하기 위해 복잡한 다층 구조를 쌓거나 강한 외부 자기장을 활용하는 방식이 주로 사용됐다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="3f9f6a6d86298bcb80c262e5dadcd353d09036c24d2edd6bc832d3ebb0fe961d" dmcf-pid="pvhh14b0ZW" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="네엘벡터 방향에 따라 뒤집히는 교자성 스핀-전하 변환 신호.[UNIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202512/10/ned/20251210104851155iamp.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="XeCC5fB3Xt" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202512/10/ned/20251210104851155iamp.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            네엘벡터 방향에 따라 뒤집히는 교자성 스핀-전하 변환 신호.[UNIST 제공]
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="2bf8bee537bbc068f76ad4b192fcb37eb17d4564993a47a82e4f2306ee492485" dmcf-pid="UTllt8KpXy" dmcf-ptype="general">연구팀은 자체적으로 고안한 소자를 제작해 이 같은 사실을 입증했다. 이산화타이타늄 (TiO₂) 기판에 산화루테늄 (RuO₂), 코발트철붕소(CoFeB) 박막을 차례로 적층한 소자를 만들고, 코발트철붕소 박막에서 온도 차이로 인해 생성된 스핀 신호를 산화루테늄에 주입하는 실험을 한 것이다. 스핀 신호가 산화루테늄에서 전하 신호로 변환되는데, 이 신호를 측정했다.</p>
          <p contents-hash="46f495db6295ceb370d35d46dbfbf7dd4b8059208fe17ed1aaf240c4be1f8800" dmcf-pid="uhIIZVqFtT" dmcf-ptype="general">공동연구팀은 “교자성체에서 스핀 신호를 가역적으로 조절할 수 있다는 점을 실험으로 확인한 연구”라며 “이러한 원리는 스핀 기반 차세대 논리 소자나 메모리 소자 설계에 쓰일 수 있을 것”이라고 설명했다.</p>
          <p contents-hash="c2e930fd6d93141da2218c7dac4293a6719412a30f10ef60ce50d5de656fa092" dmcf-pid="7lCC5fB3Xv" dmcf-ptype="general">이번 연구는 2024년 9월부터 과학기술정보통신부의 ‘한계도전 R&amp;D 프로젝트’의 지원을 받아 진행됐다. 이 프로젝트는 기존 방식으로는 실현하기 어려운 고난도·고파급 기초과학 연구를 빠르게 추진할 수 있도록 설계된 한국의 혁신적 연구개발 시스템이다. 연구팀은 이러한 지원을 바탕으로 소재 합성부터 소자 제작과 측정, 논문 발표에 이르는 전 과정을 단 1년여 만에 완수하여 탁월한 성과를 거뒀다.</p>
          <p contents-hash="6be97a7d21628ac4753b95bdbe77d73d208ea4a5e73ce502981bd939db0093b4" dmcf-pid="zShh14b0GS" dmcf-ptype="general">김동호 한계도전전략센터 책임PM은 “이번 성과는 실패를 두려워하지 않고 과감하게 도전한 혁신도전형 연구의 대표적 사례로, 향후 이 기술이 우리나라 반도체 산업의 핵심 전략기술로 발전할 수 있도록 강력한 지원을 지속해 나갈 것”이라고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="1ac5a1e7d1948b29ac39fa7e91b0cb0760ca3eb0787a91b3b35dbb75965f0cd8" dmcf-pid="qvllt8KpGl" dmcf-ptype="general">이번 연구결과는 나노과학·재료 분야 국제적 권위지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 11월 25일 게재됐다.</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 헤럴드경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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