금속과 비금속의 특성을 함께 나타내 기존 반도체 소자의 성능을 획기적으로 개선시킬 수 있는 ‘절반-금속 (half-metallic) 강자성 규화금속 나노선’이 개발됐다.
교육과학기술부는 ‘21세기 프론티어사업 나노소재기술개발사업단’의 지원을 받는 김봉수 교수(KAIST 화학과)팀이 절반-금속성을 갖는 규화철 나노선을 최초로 합성, ‘차세대 스핀전자공학’에 필수적인 스핀 주입(spin injection) 물질을 개발했다고 20일 밝혔다.
스핀주입이란 외부의 전기장이나 자기장에 의해 물질 내 전자의 자기적 특성(스핀)을 조절하는 것으로 이번에 개발된 규화철 나노선은 한 방향 스핀을 갖는 전자들에게는 전도성 금속으로 작용하고 그 반대방향 스핀을 갖는 전자에게는 절연체로 작용해 한 가지 스핀방향만을 가지는 전류를 만들어 낼 수 있다. 이런 기능은 정보신호로 변환이 가능하기 때문에 이 나노선으로 고성능, 고집적, 저전력 특성을 가지는 전자소자를 만들면 현재 실리콘 반도체의 한계를 극복할 수 있다.
김 교수팀은 기존에 개발한 규화철(FeSi) 나노선에 산소기체를 도입한 간단한 열확산 법을 이용, 매우 높은 온도에서도 강자성을 유지하고 높은 스핀편극도를 가지는 절반-금속 강자성 규화철(Fe3Si) 나노선으로 변환시켰다. 또한 같은 방법으로 규화코발트(Co2Si) 나노선을 변환시켜 최초로 단결정 코발트(Co) 나노선을 합성하는 등 소재의 조성을 조절하는 합성법의 일반화에도 성공했다.
김 교수팀이 개발한 강자성 규화철(Fe3Si) 나노선은 나노 소자 제작을 위한 기본 소재로 활용될 수 있어 효율적이고 소형화된 초고성능 자기 메모리 및 거대 자기저항(GMR) 센서의 개발이 가능해졌다. 이에 따라 양자 메모리 처리와 고주파 전자통신 소자 등 다양한 나노 소자 개발에 기술적 발판이 마련된 셈이다.
한편 이번 연구결과는 이달초 ‘나노 레터’지에 온라인 게재됐으며 현재 국내 특허 출원 중이다.
/kueigo@fnnews.com김태호기자
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