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‘빛’으로 작동하는 초고속 스핀 메모리 원리 규명했다 보기
제목 ‘빛’으로 작동하는 초고속 스핀 메모리 원리 규명했다
연구팀 스핀융합연구단 최경민 박사팀 조회수 5205
파일첨부 170419 [KIST 보도자료] 빛으로 작동하는 자성메모리 개발_스핀융합연구단 최경민 박사_최종.hwp  
‘빛’으로 작동하는 초고속 스핀 메모리

원리 규명했다


- 빛의 각운동량으로 인한 자성체의 자화방향을 초고속으로 조절하는 원리

- 기존보다 수천 배 빠른 초고속 스핀 메모리 소자에 응용 기대


스핀 메모리(MRAM)는 메모리 반도체의 패러다임을 바꿀 차세대 반도체로 각광받고 있다. 최근 국내 연구진이 기존의 스핀 메모리 동작 방법인 자기장이나 전류를 공급하여 자화방향을 바꾸는 방법이 아닌, ‘빛’만으로 자화방향을 바꿀 수 있는 기존보다 수천 배 빠른 초고속 스핀 메모리의 동작 원리를 규명했다고 밝혔다. 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 스핀융합연구단 최경민 박사는 미국   일리노이 주립대학 안드레 슐리프(Andre Schleife) 교수, 데이비드 케이힐(David Cahill) 교수 연구팀과 3년간의 공동연구를 통해, 편광(偏光, polarization)* 된 빛의 각운동량** 방향에 따라 금속 자성체의 자화(磁化, magnetization) 방향이 움직이는 현상을 발견하고, 물리적 원리를 밝혔다. 또한 연구진은 빛을 통해 자성체의 자화 방향을 피코초(ps, 1조분의 1초)수준의 초고속으로 조절 가능한 것을 실험을 통해 규명했다.
*편광 : 편광판을 통과하여 특정한 방향으로만 진동하는 빛
**각운동량 : 회전 운동하는 물체의 운동량

빛의 각운동량과 자성체 자화 사이의 상호 작용은 1845년 영국의 과학자 패러데이(Michael Faraday)가 발견한 현상으로, 빛이 자성체를 통과하면 각운동량이 변하는 것을 발견했고, 이 현상을 ‘패러데이 효과’라고 명명했다. 페러데이 효과는 자화의 방향을 빛으로 알 수 있는 방법을 제시하여 자기광학의 기초이자 현대 전자파 기술의 막을 열었다고 할 수 있다. 
KIST 최경민 박사는 자화의 방향을 빛으로 읽는 페러데이 효과의 반대개념인 ‘역(逆)패러데이 효과’로 빛의 각운동량의 방향에 따라 금속 자성체의 자화 방향이 반대로 움직이는 것을 최초로 밝혔다. 이러한 빛과 자성체 사이의 상호작용은 스핀 메모리의 새로운 동작원리를 제시한다.

기존 스핀 메모리의 작동을 위한 자화 방향 조절에는 자기장 또는 전류의 공급이 필요했으며, 속도는 나노 초(ns, 10억분의 1초) 수준이었다. 이에 비해 연구진이 규명한 스핀 메모리의 동작원리는 빛을 사용하기 때문에 훨씬 빠른 피코 초(ps, 1조분의 1초) 수준의 속도로 조절 가능하여 초고속 메모리 구동에 대한 응용 연구가 가능할 것으로 기대된다.  

KIST 최경민 박사는 “자기장이나 전류가 아닌 새로운 방법에 의한 스핀 메모리 동작에 관한 연구가 필요한 시점이다”라고 말하며, “본 연구결과가 제시하는 빛과 자성체의 상호작용은 초고속 스핀메모리에 응용될 수 있다”고 밝혔다. 

본 연구는 미래창조과학부(장관 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 국가과학기술연구회(NST) 창의형 융합연구사업으로 수행되었으며, 연구결과는 과학분야 세계적인 권위의 저널인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 4월 18일(화)자 온라인 게재되었다.  

 * (논문명) Optical-helicity-driven magnetization dynamics in 
            metallic ferromagnets 
       
          - (제1저자) 한국과학기술연구원 최경민 선임연구원        
          - (교신저자) 한국과학기술연구원 최경민 선임연구원 


<그림설명>
1-1.jpg


<그림 1> 빛의 편광에 의한 자성체 자화 방향의 조절에 대한 도식(Schematic) 편광된 빛이 자성체에 입사되면, 역페러데이 효과(Bopt)로 인하여 자성체의 자화(M)에 회전력(torque)을 발생시킨다.


2.jpg

<사진 1> KIST 최경민 박사가 빛의 각운동량으로 자성체의 자화방향을 초고속 (피코초, ps)으로 조절하는 원리를 실험하고 있다.


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