[물리학과 콜로퀴움]

제목 : 전자 스핀 각운동량이 지닌 일반역학적 특징과 그것을 이용한 전자소자 이야기

연사 : 울산대학교 김상훈 교수

장소 : 대면 (자연과학대학4호관 115호실)

일시 : 2024년 4월 18일 (목) 16:30~

문의 : 양자제어물성연구소로 연락바람 (821-6261)

초록 : 

  인간은 하루에 얼마나 많은 정보를 쏟아내고 있을까? 2006년, IBM은 “toxic terabyte”라는 보고서를 통해 30년 내에 인류의 지식 총량이 두 배가 되는 주기가 12시간으로 줄어들 것이라고 예상하였다. 18년 뒤 현재, 전 세계에서 IBM의 예견을 웃도는 하루 수백 TB~수 ZB의 데이터가 새로 만들어지고 있다. 이러한 엄청난 양의 데이터를 저장하기 위해서는 전 세계 에너지 소모량의 10% 이상 수준인 수십 TWh 의 에너지가 필요하다. 아직 걸음마 단계인 IoT와 인공지능이 생성형 인공지능 기술의 도입에 따라 급속도로 발달하게 된다면 정보저장을 위해 소모되는 에너지는 인류가 감당하기 힘든 수준이 될 것이다. 따라서, 실리콘 기반의 기존 정보저장 장치의 한계를 뛰어넘는 새로운 메모리의 개발은 필수적이라고 할 수 있다. 

이러한 배경에서 지난 20년간 ‘post Si’을 위해 다양한 차세대 메모리 소자의 형태들이 제안 및 연구되어왔고, 그중 하나인 자기 저항 메모리(Magnetic Random Access Memory, 이하 MRAM)는 마침내 상용화를 달성하였다. MRAM은 나노초(10^-9초) 이하의 빠른 동작과 비휘발성, 그리고 고집적이라는 장점으로 주목받아온 메모리 소자이다. 그러나, 1나노미터 수준의 박막을 20층 이상 균일하게 적층해야 하는 태생적인 어려움으로 인해 생산성이 기존 Si 기반 메모리보다 현저히 떨어진다고 알려져 있다. 따라서, MRAM의 우수한 특성을 활용하기 위해서는 기존 자성금속 물질에 국한되어있는 연구’를 넘어 위 언급된 난제를 해결할 수 있는 새로운 자성 소재(magnetic material)와 그를 응용한 소자(device) 개발이 필요하다.

본 발표에서는 전자의 어떠한 특성이 MRAM 기술을 넘어 초저전력 소자 개발로의 발전으로까지 이어질 수 있는지, 전자 스핀의 간단한 동역학적 모델을 일반역학 관점에서 소개한다. 그리고 그러한 특성들이 어떻게 인공지능 반도체와 같은 첨단기술에 까지 적용될 수 있는지 소개하는 시간을 갖고자 한다.