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다중강성 물질의 강유전성, 강자성 제어 가능

차세대 전자소자로서의 응용가능성 열어

다중강성 물질의 강유전성, 강자성 제어 가능
국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials) 표지논문(Frontispiece)선정


[산업일보]
다중강성 물질의 전기적 성질과 자기적 성질을 제어할 수 있는 방법이 발견돼 차세대 전자소자 개발에 한걸음 다가갔다. 조지영 교수(광주과학기술원), 이성수 박사과정(광주과학기술원), 김영민 교수(성균관대학교) 연구팀이 다중강성 박막에서 강유전성과 강자성이 발현되는 원리를 규명했다고 한국연구재단은 밝혔다.

다중강성은 강유전성과 강자성의 성질을 모두 갖는 성질이다. 전기장을 형성하는 강유전성 물질은 컴퓨터 메모리칩, 캐패시터 등에 사용되고, 자성을 띠는 강자성 물질은 하드디스크 자기헤드부터 전기제품의 모터까지 다양하게 활용된다. 두 가지 성질을 모두 가진 다중강성은 신개념 소재 및 소자로 개발될 것으로 기대되며 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

연구팀은 다중강성 물질인 비스무스철산화물(BiFeO3) 박막의 산소원자 위치를 인위적으로 조절해 강유전성과 강자성을 동시에 제어할 수 있음을 밝혀냈다.

또한 고품질 박막 제작 기술을 개발해 산소원자 위치를 조절할 수 있는 박막의 두께를 10배 이상 증가시켰고, 그 결과 강유전성과 강자성의 크기를 기존 대비 2배 이상 향상시키는 데 성공했다.

연구팀은 상온에서 강유전성과 강자성을 동시에 갖는 대표적 다중강성 물질인 비스무스철산화물(BiFeO3) 박막의 산소 원자 위치가 인접해 있는 스트론튬루테늄산화물(SrRuO3) 하부전극의 산소 원자 위치에 영향을 받는다는 것을 투사 주사 전자 현미경(STEM)을 통해 확인했다.

이때 스트론튬루테늄산화물(SrRuO3) 하부전극의 결정구조 및 산소 원자의 위치에 따라 비스무스철산화물(BiFeO3) 박막의 결정구조 및 산소 원자 위치가 변화되고, 강유전성과 강자성이 동시에 영향을 받는다는 것을 X선 회절기(XRD), 초전도 양자 간섭장치(SQUID), 압전현미경(PFM) 등을 통해 관찰했다.

또한, 강유전성과 강자성의 크기를 기존 대비 2배 이상 향상시키는데 성공했고, 펄스레이저증착법(PLD)을 이용해 산소 원자 위치 조절이 가능한 박막 두께를 기존보다 10배 이상 증가시킬 수 있는 고품질 박막제작 기술을 개발했다.

조지영 교수는 “지금까지는 수 나노미터 이하의 경계면 영역에서만 산소원자 위치 조절이 가능해 강유전성과 강자성의 측정이 어렵기 때문에 전자소자로서 응용성이 떨어지는 한계가 있었다. 이 연구에서 강유전성과 강자성의 크기를 향상시킴과 동시에 제어 가능하도록 해 다중강성 물질의 응용 가능성을 크게 높였다”고 연구의 의의를 설명했다.

연구팀은 “지금까지는 수 나노미터 이하의 경계면 영역에서만 산소원자 위치 조절이 가능해 강유전성과 강자성의 측정이 어렵기 때문에 전자소자로서 응용성이 떨어지는 한계가 있었다”며, “이번 연구를 통해 강유전성과 강자성의 크기를 향상시킨 것뿐만 아니라, 자유롭게 제어 가능하도록 해 다중강성 물질의 차세대 전자소자 응용 가능성을 크게 높였다”고 언급했다.
김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr

안녕하세요~산업1부 김진성 기자입니다. 스마트공장을 포함한 우리나라 제조업 혁신 3.0을 관심깊게 살펴보고 있으며, 그 외 각종 기계분야와 전시회 산업 등에도 한 번씩 곁눈질하고 있습니다.

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