Voltage Driven Spin Switching [VDSS]

미래의 정보 문명사회는 초대용량의 정보저장 및 초고속 정보통신 기술을 절대적으로 필요로 한다.

이를 만족시키는 차세대 소자의 하나로 MRAM (Magnetic Random Access Memory)가 주목을 받고 있다. MRAM은 정보저장 및 기록기술로 상반된 스핀방향(← 혹은 →)을 이용하여 정보를 “0”과 “1” 로 디지털화하여 저장하고, 정보 재기록 시는 충분한 크기의 자기장을 인가하여 스핀방향(단위 정보)을 전환(기록)한다. 자기장을 이용한 스핀스위칭 방식은 자성체를 이용한 정보기억소자에 있어서 확고부동한 원천기술로 사용되고 있지만 기가(Giga)급 이상의 초고밀도 정보기억소자를 구현하는데 있어서는

1) 인접 셀간의 쌍극자 상호작용 (dipole-dipole interaction)에 의한 간섭현상,

2) 자기장 인가 시 인접한 셀의 정보 유실, 3) 도선내의 고밀도 전류에 의한 “electromigration”등 피할 수 없는 문제점을 갖고 있다.

위의 문제점들을 해결하기 위해 신개념의 정보저장 및 기록방식으로 본 연구실은 전압인가식 스핀스위칭 방식을 제안하였다. 전압인가식 스핀스위칭 방식은 자화용이축 자체를 제어하여 “0”과 “1”로 디지털화하고 정보 재기록 시 전압을 인가하여 자화용이축을 재배열하는 것이다.

자성/압전체 혼합형 다강체는 자성층과 압전층으로 구성된 다층박막형의 물질계이다. 이 물질계를 이용한 전압인가식 스핀스위칭 기술은 다음의 물리적 현상에 기초를 두고 있다.

전압을 압전 상수가 큰 압전박막에 인가하면 역압전효과(inverse piezoelectric effect)에 의해 압전층의 격자는 팽창을 하게 되며 이로 인해 압전층과 접합하고 있는 자성층에는 응력이 가해지게 된다. 응력이 가해진 자성층은 역자왜효과(inverse magnetostrictive effect)에 의해 자화용이축이 천이하게 되어 정보를 저장한다.