포스텍 연구진이 차세대 메모리반도체의 원료로 쓸 수 있는 새로운 다강체(전기장과 자기장을 이용해 분극현상을 조절할 수 있는 물질)를 발견했다.

포스텍 신소재공학과 장현명 교수팀은 강유전 특성이 없는 것으로 알려졌던 사마륨 페라이트가 실제로는 상온에서 강유전 분극 현상(특정 온도와 압력에서 양이온과 음이온이 반대방향으로 분리돼 전기 쌍극자를 갖게 되는 현상)을 나타냄을 입증했다고 20일 밝혔다.

다강체는 강유전성과 강자성(외부에서 자기장을 가하지 않아도 스스로 자성을 띠는 물질)을 동시에 지녀 차세대 비휘발성 메모리인 F램의 소재로 각광받고 있다. 그러나 비스무스 페라이트를 제외하고는 보통 극저온에서만 구동이 가능해 상온에서 구동 가능한 다강체 물질의 발견이 관건이 돼왔다.

연구팀은 양자역학적 계산을 통해 사마륨 페라이트가 독특한 원자스핀 구조를 갖는다는 점을 확인하고 이를 토대로 상온에서 다강체가 될 수 있다고 추정했다. 원자 둘레의 무수한 전자는 특정한 곳에 존재하는 것이 아니라 확률적으로만 추정할 수 있는 형태(양자역학적 상태)로 존재하는데 이때 전자는 위 혹은 아래 방향의 자성을 띠며 이를 전자스핀이라고 한다. 원자스핀은 전자스핀의 합이다. 연구팀은 실제로 사마륨 페라이트 단결정을 통한 실험을 통해 이 가정을 증명했다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com