새로운 상온 다강체 ‘가능성’ 열었다
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.
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