광주과학기술원 신소재공학부 조지영 교수팀 연구

  다중강성 물질의 전기적 성질과 자기적 성질을 제어할 수 있는 방법이 발견되어 차세대 전자소자 개발에 한걸음 다가갔다.

  10일 한국연구재단에 따르면 조지영 교수(광주과학기술원), 이성수 박사과정(광주과학기술원), 김영민 교수(성균관대학교) 연구팀이 다중강성 박막에서 강유전성과 강자성이 발현되는 원리를 규명했다.

  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 조절하여 강유전성과 강자성을 동시에 제어할 수 있음을 밝혀냈다.

  BiFeO3는 가장 많이 연구되고 있는 다중강성 재료 중의 하나로, 박막 형태일 때 상온에서 다중강성을 보이며 특히 매우 큰 강유전성을 가진다고 2003년 보고됐다. 이러한 특수한 성질 덕분에 차세대 메모리 재료에서 중요한 후보로 기대되고 있다.

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

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

  이 연구는 포항 가속기연구소 구태영 박사, 성균관대학교 김윤석 교수, 광주과학기술원 조병기 교수, 울산과학기술원 이준희 교수 등과 공동으로 진행됐다.

  한편, 이 연구결과는 재료과학분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Fuctional Materials) 3월 26일에 게재되었고, 표지논문(Frontispiece)으로 선정되었다.