전력 66배 줄인 초저전력 메모리 나온다?

[파이낸셜뉴스] 전기를 거의 쓰지 않고도 정보를 저장하고 유지하는 메모리 기술이 등장했다. 온도 변화만으로 전자의 스핀 방향을 바꾸고, 전원 없이 상태를 유지하는 기술 구현에 성공한 것이다. 이 기술은 기존 방식보다 최대 66배 이상 적은 에너지를 사용하는 초저전력 메모리로 이어질 수 있다는 기대다.

22일 POSTECH(포항공과대학교)에 따르면 POSTECH 기계공학과 진현규 교수, 통합과정 김준석 씨 연구팀이 충남대 신소재공학과 정종율 교수, 카오반 푸억 박사 연구팀과 수행한 이번 연구는 재료과학 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 앞속커버(Inside Front Cover) 논문으로 선정됐다.

연구팀에 따르면 인공지능(AI) 기술이 발전하면서, '전력을 얼마나 줄이면서도 빠르게 데이터를 처리할 수 있느냐'가 핵심 경쟁력으로 떠오르고 있다. 실제 대규모 데이터센터는 작은 도시 하나와 맞먹는 전력을 소비한다고 알려져 있으며, 이에 따라 에너지 효율이 높은 새로운 메모리 기술의 필요성이 커지고 있다.

그 대안으로 주목받는 것이 바로 '스핀트로닉스(spintronics)'다. 스핀트로닉스는 전자의 전하뿐만 아니라 '스핀(spin)'을 활용해 정보를 저장하는 기술로, 전자의 스핀 방향이 '0'과 '1'의 정보가 된다. 특히, 전류가 흐르지 않는 '자기절연체' 기반 스핀트로닉스 소자는 발열에 의한 에너지 손실도 적어 에너지 효율이 높다.

하지만 기존에는 대부분 강한 전류를 흘려야만 스핀 방향을 바꿀 수 있었다.

연구팀은 이를 '열 이력(thermal hysteresis)' 현상으로 해결했다. 열 이력은 온도를 올렸다가 내려도 바로 원래대로 돌아가지 않고 일정 구간 동안 유지되는 현상이다. 연구팀은 '가돌리늄 철 가넷(GdIG)'과 '홀뮴 철 가넷(HoIG)' 두 종류의 희토류 철 가넷을 쌓아 이중층 구조를 제작했다.

두 물질은 모두 자석처럼 반응하지만 온도에 따라 스핀 방향이 변하는 방식이 달라, 특정 온도 구간에서 서로 다른 방향을 더 안정적으로 선호하게 된다. 여기에 두 층 사이 강한 결합과 각 물질이 가진 고유한 자기 방향성이 더해지면서, 특정 온도 범위에서 두 가지 서로 다른 자석 방향 상태가 안정적으로 유지되는 '쌍안정성'이 구현됐다.

연구를 주도한 POSTECH 진현규 교수는 "이번 연구는 온도 변화만으로 스핀 방향을 제어하고 그 상태를 유지할 수 있음을 입증한 것"이라며 "AI 시대에 요구되는 초저전력 메모리 소자 개발에 중요한 전환점이 될 것"이라고 밝혔다.

[e-mail] 연지안 기자