'스핀손실'을 에너지로 바꿔···저전력 소자 핵심 기술 개발

작성일 08-17

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">KIST, DGIST·연세대 연구팀과 자성제어 원리 규명</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="7tO8qUSgrJ">
          <p contents-hash="f41542589ff377442c1b6ec4d069a4b7cd040e3d6c29aa017f28e2e65b6acccc" dmcf-pid="zFI6Buvamd" dmcf-ptype="general"> [이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 기존에는 단순한 손실로만 여겨졌던 ‘스핀 손실’을 자성 제어의 새로운 동력으로 활용할 수 있는 원리를 개발했다.</p>
          <p contents-hash="b9bfa4fa39cf978a1ef059e43cbdca5ba43a467c1121c0096613f751648701c7" dmcf-pid="q3CPb7TNIe" dmcf-ptype="general">한국과학기술연구원(KIST)은 한동수 반도체기술연구단 박사 연구팀이 홍정일 대구경북과학기술원 교수, 김경환 연세대 교수 연구팀과 연구를 통해 이같은 성과를 거뒀다고 17일 밝혔다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="07418988bdf40cae9d707f548961018542462ae039851145fd09ca8c386652cd" dmcf-pid="B0hQKzyjER" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="연구진의 증명사진.(왼쪽부터)최원영 KIST 학생연구원, 하재현 KIST 박사후연구원, 홍정일 DGIST 교수, 김경환 연세대 교수, 한동수 KIST 선임연구원.(사진=KIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/17/Edaily/20250817120249605thnj.jpg" data-org-width="670" dmcf-mid="UhQGCmdzsn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/17/Edaily/20250817120249605thnj.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            연구진의 증명사진.(왼쪽부터)최원영 KIST 학생연구원, 하재현 KIST 박사후연구원, 홍정일 DGIST 교수, 김경환 연세대 교수, 한동수 KIST 선임연구원.(사진=KIST)
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="144a82420d834cf72e817bc514b284b583b3c2036b8c21c0b6df357df51b0bea" dmcf-pid="bplx9qWAOM" dmcf-ptype="general">
           스핀트로닉스는 전자의 ‘스핀’이라는 전자 고유의 자기적인 성질을 이용해 정보를 저장하고, 제어하는 기술이다. 기존 반도체보다 전력 소모가 적고 비휘발성이 뛰어나 초저전력 메모리, 뉴로모픽 칩, 확률 계산용 연산 소자 등 차세대 정보 처리 기술의 핵심 기반으로 주목받고 있다. 연구팀은 이러한 스핀트로닉스 소자 효율을 크게 향상시킬 수 있는 새로운 접근법을 제시했다.
          </div>
          <p contents-hash="0bcefa0831902b33d7ec7eafee474b7a17a23a18f8ed1998c88e7dcd7a572ade" dmcf-pid="KUSM2BYcmx" dmcf-ptype="general">연구팀은 자성체 내부의 자화(자기장 중에 놓여진 물체가 자성을 띄는 것) 방향을 외부 자극 없이 스스로 전환시키는 새로운 물리 현상을 규명했다. </p>
          <p contents-hash="d9fa9b4f3a8a83592e6638576ba2c4119e23b24e703d91546bffbeffff80056d" dmcf-pid="9xUDoJBWmQ" dmcf-ptype="general">기존에는 자화 방향을 바꾸기 위해 많은 전류를 흘려 전자의 스핀을 자성체에 강하게 주입하는 방식을 사용했다. 이 과정에서 일부 스핀이 자성체에 도달하지 못하고 소멸되는 스핀 손실이 발생했고, 전력 낭비와 효율 저하의 주요 원인이 됐다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="412e4123615fe5740b96c09da01ac5289ae733c89e7526e175b3b67b67d2842c" dmcf-pid="2MuwgibYwP" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="‘스핀 손실’ 기반 자화 제어 원리 모식도.(자료=KIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/17/Edaily/20250817120250957ibaa.jpg" data-org-width="670" dmcf-mid="uZAqtXwMDi" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/17/Edaily/20250817120250957ibaa.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            ‘스핀 손실’ 기반 자화 제어 원리 모식도.(자료=KIST)
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="9863b5234e82600c9bf046edb031c16a1cdc41c64f1c3d0d91ca451d11fd6b91" dmcf-pid="VR7ranKGD6" dmcf-ptype="general">
           그동안 업계에서는 스핀 손실을 줄이기 위해 소재 설계와 공정 개선에 집중해 왔는데 연구팀은 스핀 손실이 오히려 자화를 바꾸는 ‘역작용’을 제공한다는 사실을 밝혀냈다. 마치 풍선에서 바람이 빠질 때 생기는 반작용으로 풍선이 움직이는 것처럼, 스핀 손실이 자성체 내부에서 자발적인 자화 전환을 유도한다는 것이다.
          </div>
          <p contents-hash="e68f2b48e7e52858099f543b59e29793267011d97b461cdd3c3b4ab93ce8326f" dmcf-pid="fezmNL9HI8" dmcf-ptype="general">실험 결과, 스핀 손실이 클수록 자화 전환에 필요한 전력이 줄어들고, 기존 대비 최대 3배 이상 높은 에너지 효율을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.</p>
          <p contents-hash="890319e863525b815a9a7eaf2a69a270c10b0cf60bd08bb256d996d9c2f43ba4" dmcf-pid="4dqsjo2XO4" dmcf-ptype="general">연구팀은 이번 기술이 기존 반도체 공정과 호환되는 단순한 소자 구조를 채택해 양산 가능성이 높고, 소형화와 고집적화에도 유리하다고 분석했다. 향후 AI 반도체, 초저전력 메모리, 뉴로모픽 컴퓨팅, 확률 기반 연산 소자 등 다양한 분야로의 응용도 가능할 것이라고 기대했다.</p>
          <p contents-hash="98bbea17914de738a985c5a3efdd1566cc84f26ba75e570142ba3bb6947529b7" dmcf-pid="8JBOAgVZwf" dmcf-ptype="general">한동수 박사는 “스핀 손실을 에너지로 활용해 자화 전환을 유도하는 새로운 방향을 제시했다”며 “AI 시대에 필수적인 초저전력 연산 기술의 기반이 될 수 있어 초소형·저전력 AI 반도체 소자 개발을 추진할 계획”이라고 말했다.</p>
          <p contents-hash="587fab175ae6612f1cadf2c54b80f2c6b37d3c3c6e8650f10db61c51deb42c44" dmcf-pid="6ibIcaf5sV" dmcf-ptype="general">연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 최신 호에 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="abb7de88167f08e5aa9b261266c92a299f1eb75deb9c08fa62780b9fdb7a551e" dmcf-pid="PnKCkN41O2" dmcf-ptype="general">강민구 (science1@edaily.co.kr) </p>
         </section> 
        </div> 
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