자석 아닌 물질에 '자성' 갖게 하는 기술 나왔다

카이스트 연구팀 개발, 차세대 저장매체에 응용가능

▲전기장 인가를 통한 자성 방향의 변화를 나타낸 개념도.[사진제공=카이스트]

[아시아경제 정종오 기자] 자석 아닌 물질에 자성(磁性)을 갖게 하는 기술이 개발됐다. 카이스트(KAIST) 물리학과 양찬호 교수 연구팀이 전기장을 통해 자석이 아닌 물질이 자성을 갖게 하거나 그 반대로 자석 내의 자성을 없앨 수 있는 기술을 내놓아 눈길을 끈다. 이번 연구를 응용하면 자성 물질 기반의 저장 매체를 개발해 대용량의 정보를 빠른 속도로 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

물질의 내부에는 아주 작은 자석들이 존재한다. 그 작은 자석들이 무질서하게 여러 방향으로 향하고 있으면 비 자성 상태이고 일정한 방향으로 정렬이 이뤄지면 우리가 흔히 볼 수 있는 자석이 된다.

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 많았다. 주로 전류의 흐름을 통해 유도된 자기장을 이용하는 방식이다. 자기장은 자폐가 매우 어려워 넓은 범위에 영향을 끼치기 때문에 인접한 셀의 자성도 변화시킨다.

셀 하나하나를 조절할 수 없기 때문에 일정한 방향으로 정렬시킬 수 없어 자성의 상태를 바꾸기가 어려웠다. 연구팀은 문제 해결을 위해 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. 또 반대로 일정한 방향에서 다시 무질서한 상태로도 변화가 가능함을 증명했다. 기존에 보고된 자기전기 현상은 통상적으로 극저온이나 고온에서 발현이 가능했다. 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 응용뿐 아니라 열전 현상의 새로운 가능성을 열 것으로 기대된다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr