총회강연

2020년도 POSCO학술상 수상자

신경호 책임연구원

한국과학기술연구원 CV

7월 16일(목) 17:00-17:30

스핀트로닉스 기반 정보저장/정보처리 소자에 대한 연구

선로 위에 쇠못을 올려놓고 열차 오기를 기다린다. 철커덩 철커덩 열차 무게에 눌려 납작하게 된 쇠못은 자석이 되어 다른 쇠못을 끌어당긴다. 어린 마음에 여간 신기하지 않았다. 훗날 자기학을 공부하면서 알게 되었다. 열차의 무게에 눌려 납작해질 때 쇠못 안에 있는 수많은 미세자석이 한 방향으로 정렬한 결과 영구자석이 되었음을.

전자(electron)는 ‘전하’와 ‘스핀’이라는 두 가지 성질을 동시에 가지고 있다. 전자공학(electronics)은 물질 내부의 전하 혹은 전류(전하의 흐름)를 제어함으로써 여러 가지 기능을 창출해왔다. 반도체, 디스플레이, 스마트폰 등 정보통신 기기의 발달은 전자공학 기반으로 일구어낸 성과이다. 반면 자기학(magnetics)에서는 전자의 ‘스핀’이라는 특성을 활용한 학문 영역이다. 작은 물질 내에 있는 전자의 스핀이 같은 방향을 향하게 되면 미세자석이 되고 이 미세자석들이 나란히 정렬되면 영구자석이 된다. 전기모터, 변압기, 스피커 등 전기전자제품이 소형화되면서도 고성능화될 수 있었던 이유는 자기학이 획기적으로 발전해 왔기 때문이다.

1990년대 나노기술의 발전에 따라 전자의 두 가지 특성을 모두 이용할 수 있는 길이 열렸다. 물질 내에서 전자가 이동할 때 산란에 의하여 스핀의 방향이 손쉽게 흐트러지기 때문에 수십 나노미터의 거리를 이동하면 스핀 특성을 잃기 십상이다. 나노기술에 힘입어 스핀과 전하의 특성을 유지하는데 필요한 특정 길이보다 짧게 소자를 만들 수 있게 됨으로써 스핀을 측정하고 제어하는 것이 가능하게 되었다. 스핀트로닉스라는 새로운 학문 분야가 등장하게 되었다.

2000년1월, 미국이 국가나노기술 이니셔티브를 주창하면서 모범사례로 인용한 기술이 하드디스크드라이브용 자기헤드였다. 비자성 금속박막을 사이에 두고 있는 자성박막의 상대적 자화방향에 따라 전기저항이 바뀐다는 ‘거대자기저항효과’를 활용한 것이다. 이 효과를 발견한 공로로 Fert와 Grűnberg는 2007년 노벨 물리학상을 수상하였다. 두 자성체 사이에 금속박막 대신 절연막을 넣은 터널형 소자를 제조하기 시작한 이후 자기저항효과는 드라마틱하게 증가하였다.

‘비자성박막을 사이에 둔 두 자성박막의 상대적 자화방향이 전자의 흐름에 영향을 준다면 전자의 흐름으로 자성박막의 자화방향을 바꿀 수 있지 않을까’라는 의문은 ‘스핀전달토크’라는 연구영역을 열었다. ‘스핀전달토크’ 원리는 자기기반 메모리(MRAM)의 실용화에 결정적인 기여를 하였다.

본고에서는 ‘스핀전달토크’ 원리를 활용하면서도 MRAM과는 다른 방식으로 작동하는 자구벽 메모리 소자가 그 소자의 폭이 작아짐에 따라 어떻게 차원변환 현상이 일어나는지, 자기장으로 전기적 신호를 제어할 수 있는 비휘발성 정보처리 소자는 어떻게 제작하였으며 작동원리는 무엇인지에 대해 소개하고자 한다. 더불어서 새로우면서도 의미있는 문제를 만들고 해결할 수 있게 한 힘은 어떻게 기를 수 있었는지에 대해서도 언급하고자 한다.

학력
연도 학교 전공 학위
1981 서울대학교 금속공학 학사
1983 KAIST 재료공학 석사
1992 University of Pennsylvania 재료공학 박사
경력
기간 경력 사항
1993.03. ~ 현재 한국과학기술연구원(KIST)
2008.01~2015.12 대한금속·재료학회(KIM)
1999.01~2018.12 한국자기학회(KMS)
2009.01 ~ 현재 아시아자기학회연맹(AUMS)
2009.09~201712 나노기술연구협의회(KoNTRS)
2008.01 ~ 현재 한국공학한림원(NAEK)
2018.10 ~ 현재 국가산학연협력위원회(위원장: 국무총리) 위원
2019.05 ~ 현재 Foreign Fellow of AAET(ASEAN Academy of Engineering & Technology)
2013.05~201405 국가지식재산위원회(위원장: 국무총리) 위원
2004.03 ~ 현재 과학기술연합대학원대학교(UST) 교수
1988.05~1992.12 Knogo Inc. 선임연구원
1981.03~1987.08 금성전선(현, LS전선) 주임연구원
수상
연월 내용
201711 표창장(장관상)
201504 특별공로상[대한금속·재료학회]
201312 강일구상[한국자기학회]
201307 공로상(한국과학창의재단이사장상)
201110 창성학술상[대한금속·재료학회]
201106 공로상(나노기술연구협의회회장상)
201007 과학기술우수논문상[한국과학기술단체총연합회]
200912 국가과학기술창의상(국무총리상)
200612 연구개발팀상[KIST]
200611 학술상[한국자기학회]
200102 연구개발팀상[KIST]
199502 우수연구원상[KIST]