대구경북과학기술원(이하 DGIST) 연구진이 물질의 성분을 바꾸지 않고 전류 펄스만으로 자성 특성을 조절하는 기술을 개발했다.DGIST 화학물리학과 홍정일 교수 연구팀은 페리자성체에 전류를 가해 내부 스핀 배열을 바꾸고, 자성이 서로 상쇄되는 ‘보상온도’를 최대 약 110K 낮추는 데 성공했다고 15일 밝혔다.이번 연구는 합금 조성이나 박막 두께를 바꾸는 기존 방식과 달리 전기 신호만으로 자성 특성을 조절했다는 점에서 차이가 있다.페리자성체는 서로 반대 방향을 향하는 두 종류의 자성이 공존하는 물질이다. 온도에 따라 두 자성의 크기가 달라지며, 특정 온도에서 서로 상쇄된다. 이 보상온도 부근에서는 자성을 빠르게 제어할 수 있어 고속·고집적 메모리 소자 개발에 활용될 수 있다.기존에는 보상온도를 조절하려면 합금 조성이나 박막 두께를 바꾸거나 열처리, 이온 주입 등 별도 공정을 거쳐야 했다. 연구팀은 이런 공정 대신 백금(Pt)-이리듐망간(IrMn₃)-코발트가돌리늄(CoGd) 다층 박막에 전류 펄스를 인가했다.전류가 흐르면서 발생하는 스핀-궤도 토크가 IrMn₃의 스핀 배열을 변화시키고, 인접한 CoGd의 스핀 상태에도 영향을 주는 원리다. 물질의 구성 성분은 그대로 유지하면서 내부 스핀 배열만 바꿔 보상온도를 조절할 수 있다.실험에서는 Co₀.₅Gd₀.₅ 박막의 보상온도가 기존 약 350~360K에서 전류 인가 후 280~290K로 낮아져 약 70K의 변화가 나타났다. Co₀.₆₈Gd₀.₃₂ 박막은 약 170~180K에서 60~70K로 낮아지면서 최대 약 110K의 변화가 확인됐다.연구팀은 전류 펄스의 세기와 인가 시간을 조절하는 방식으로 자성 특성을 정밀하게 바꿀 수 있음을 확인했다.홍정일 교수는 “자성 특성은 물질의 조성뿐 아니라 내부 스핀 배열에 따라서도 달라질 수 있다”며 “전류 펄스로 보상온도를 조절할 수 있어 서로 다른 자기 특성을 원하는 위치에 구현하는 스핀 메모리 기술로의 확장이 가능하다”고 말했다.한편 이번 연구에는 최원창·심태보 연구자가 공동 제1저자로, 홍정일 교수가 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 지난 8월 31일 재료과학 분야 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’에 게재됐다. 연구는 한국연구재단과 과학기술정보통신부 DGIST R&D 전략사업 지원으로 수행됐다.