연구성과

송승우 박사팀, 압전자석의 강유전성 발현원인 규명

2016-03-0885
 새로운 상온 다강체 ‘가능성’ 열었다
송승우 박사
 
강유전체는 외부의 전기장이 없어도 마치 건전지처럼 스스로 전기적 분극을 유지할 수 있는 물질로, 쉽게는 가스레인지의 착화기(압전성)에서부터 전원이 없어도 정보가 사라지지 않는 차세대 메모리로 알려진 F램 등에 활용된다. 이러한 강유전체는 강유전 분극이 바뀌는 성질을 바탕으로 다양한 전자 소자에 응용되고 있다. 따라서 강유전체 연구에 있어 강유전 분극을 바꾸는 강유전 전환 현상에 대한 규명은 필수적이다.
 
첨단재료과학부 송승우 박사(지도교수 장현명)팀은 네이처가 발간하는 NPG 아시아 머터리얼스(NPG Asia Materials)지를 통해 다강체이자, 압전자석으로도 알려진 GaFeO3 박막에서 상온에서도 생겨나는 강유전성의 원인을 밝혀내는 한편, 이 박막을 통해 상온에서도 충분히 활용할 만한 큰 분극량을 처음으로 측정하는데 성공했다고 발표했다.
 
다강체는 강유전성과 함께 자성을 동시에 가지는 독특한 성질을 가진 희귀한 물질로 강유전체로서의 특성과 자기적 특성을 동시에 가지고 있어 차세대 메모리 소자로의 응용이 기대되는 물질이다.
 
특히 GaFeO3 란 물질은 지금까지의 연구결과를 살펴보면 이론적으로 예측된 분극량에 비해 50배나 적은 분극량이 관찰되어 왔는데, 연구팀은 우선 더욱 강한 전기장에도 견딜 수 있도록 훨씬 높은 결정성을 가지는 박막을 합성했다. 그리고, 이 박막에 기존 연구에서 가한 것보다 훨씬 큰 전기장을 가해 이론적으로 예측되어 온 분극량을 측정하는데 성공했다.
 
이후 범함수 밀도론을 이용한 계산을 통해 실제로 강유전성을 나타내기 위해서는 기존의 보고되었던 실험에서 가한 전기장보다 훨씬 큰 전기장을 가해주어야 한다는 사실을 밝혀냈다. 이 연구는 전기적으로 조절 가능한 마이크로파 소자는 물론 비휘발성 자기메모리 개발에 응용할 수 있으며, 스핀트로닉스(spintronics) 중에서도 전기적 저항을 크게 조절할 수 있는 자기저항 센서를 개발하는데 활용될 것으로 전망된다.
 
한편, 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단에서 지원하는 중견연구자일반연구자 지원사업 및 BK21 PLUS 첨단 기능성 신물질 시스템 기초연구의 지원을 받아 수행됐다