첨단재료과학부 송승우 박사(지도교수 장현명)팀은 네이처가 발간하는 NPG 아시아 머터리얼스(NPG Asia Materials)지를 통해 다강체이자, 압전자석으로도 알려진 GaFeO3 박막에서 상온에서도 생겨나는 강유전성의 원인을 밝혀냈다. 또한, 이 박막을 통해 상온에서도 충분히 활용할 만한 큰 분극량을 처음으로 측정하는데 성공했다고 발표했다.
다강체는 강유전성과 함께 자성을 동시에 가지는 독특한 성질을 가진 희귀한 물질로 강유전체로서의 특성과 자기적 특성을 동시에 가지고 있어 차세대 메모리 소자로의 응용이 기대되는 물질이다.
특히 GaFeO3 란 물질은 지금까지의 연구결과를 살펴보면 이론적으로 예측된 분극량에 비해 50배나 적은 분극량이 관찰되어 왔는데, 연구팀은 우선 더욱 강한 전기장에도 견딜 수 있도록 훨씬 높은 결정성을 가지는 박막을 합성했다. 그리고, 이 박막에 기존 연구에서 가한 것보다 훨씬 큰 전기장을 가해 이론적으로 예측되어 온 분극량을 측정하는데 성공했다.
이후 범함수 밀도론을 이용한 계산을 통해 실제로 강유전성을 나타내기 위해서는 기존의 보고되었던 실험에서 가한 전기장보다 훨씬 큰 전기장을 가해주어야 한다는 사실을 밝혀냈다. 이 연구는 전기적으로 조절 가능한 마이크로파 소자는 물론 비휘발성 자기메모리 개발에 응용할 수 있으며, 스핀트로닉스(spintronics) 중에서도 전기적 저항을 크게 조절할 수 있는 자기저항 센서를 개발하는데 활용될 것으로 전망된다.
송승우 박사는 “이론적으로 강유전성을 나타낼 것이라고 예측되었던 물질이 측정시에는 이론값에 훨씬 미치지 못하는 수치를 내놓는 것을 보고 연구를 하게 되었다”면서, “박막을 잘 만들어 기존 샘플보다 훨씬 이론값에 가까운 측정치를 내놓게 되었다”라고 언급했다. 또한 이 연구의 의의에 대해서는 “상온에서의 다강체 물질은 보고된 바가 없었기 때문에 충분한 의미를 갖는다”라고 말했다.