▲ 전기장 인가를 통한 자성 방향의 변화를 나타낸 개념도.

국내 연구진이 자석이 아닌 물질에 자성을 가지게 하는 기술을 개발했다.

KAIST는 27일 양찬호 물리학과 교수 연구팀이 전기장을 통해 자석이 아닌 물질이 자성을 가지게 하고, 자석내의 자성을 사라지게 하는 기술을 개발했다. 향후 자성 물질 기반의 저장 매체 개발에 큰 도움이 되어 대용량의 정보를 빠른 속도로 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

물질의 내부의 작은 작석들은 무질서하게 여러방향으로 있을 경우, 비자성상태를 띄며 일정 방향으로 정렬하면 자석이 된다.

최근 테라바이트 이상의 외장하드가 나올 정도로 저장매체 용량 기술을 발전 했으나 용량 증가에 따라 저장 매체의 읽고 쓰는 속도는 느려짐 해결은 과제로 남아있다.

이에 따라 SSD, 플로팅 게이트(Floating gate), 저항 방식(Resistive switching) 방식 등이 대안으로 떠오르고 있으나 기록을 할 때마다 흔적을 남기기 때문에 피로 누적 현상을 피할 수 없다는 한계를 갖는다.

정보를 자성 상태로 기록하면 속도가 빠르고 피로 누적 현상을 없앨 수 있기 때문에 저장 매체의 최소 저장 공간인 셀(Cell)을 자성 물질로 구성하려는 시도가 많았지만 셀 하나하나를 조절할 수 없기 때문에 일정한 방향으로 정렬시킬 수 없어 자성의 상태를 바꾸기가 어려웠다.

이에 연구팀은 자기전기 상호작용을 통해 자성 상태를 조절했다. 자기전기 상호작용은 자기장이 아닌 전기장을 이용해 전류의 흐름 없이 자성 상태를 조절하는 방식으로 에너지 소모가 적다는 장점을 갖는다.

연구팀은 실험을 통해 전기장 인가만으로 무질서하게 임의의 방향을 향하고 있는 셀들이 일정한 방향을 향하고 있음을 확인했다. 또한 반대로 일정한 방향에서 다시 무질서한 상태로도 변화가 가능함을 증명했다.

기존에 보고된 자기전기 현상은 통상적으로 극저온이나 고온에서 발현이 가능했다. 그러나 이번 기술은 화학적 도핑을 통해 상온에서도 작동이 가능하고, 변환이 가역적이며 비휘발성을 갖기 때문에 차세대 정보 저장 소자 개발의 발판이 될 것으로 기대된다.

양 교수는 “이번 전기적 자성상태의 변화는 엔트로피 변화를 동반하고 있을 것으로 예상한다”며“자기전기 소자 응용뿐만 아니라 열전 현상의 새로운 가능성을 열 것으로 기대된다”고 말했다.