국내 연구진이 나노 영역 공간에 대량의 데이터를 저장할 수 있는 기술을 개발했다. 앞으로 집적도 효율을 높인 메모리 반도체 소자 개발 등에 활용될 것으로 기대된다.

이대수 포스텍 물리학과 교수팀은 뾰족한 탐침으로 10㎚의 좁은 영역에 대량의 데이터를 저장할 수 있는 방법을 개발했다고 26일 밝혔다. 

연구팀이 주목한 것은 ‘준안정상태’다. 준안정상태란 어떤 물질이 다른 형태로 달라져야 할 온도에서도 형태를 유지하고 있는 상태다. 때문에 약한 자극으로도 성질이 쉽게 바뀌는 성질이 있다. 

특히 대표적 준안정 상태 물질인 ‘칼슘티타네이트(CaTiO₃)’의 경우, 탐침으로 살짝 누르기만 해도 그 부분의 분극 방향이 바뀐다. 분극은 물질을 구성하는 양전하와 음전하가 외부에서 받은 힘 때문에 떨어져있는 상태다. 

100나노뉴턴(nN)의 아주 약한 힘이면 칼슘티타네이트 박막 표면의 분극을 바꿀 수 있다. 이렇게 하면 매우 작은 나노 단위의 물질 표면에도 정보를 그려 기록하는 것이 가능하다. 또 기존에 전기장을 이용한 데이터 저장법과 달리, 탐침을 이용한 방법은 아주 적은 힘만을 사용하기 때문에 소자에 가해지는 부담도 적다. 

이 성질을 이용해, 연구팀은 10㎚보다 작은 칼슘티타네이트 박막 표면에 데이터를 기록하는데 성공했다. 저장 용량은 약 1㎠ 당 1테라비트(Tb)였다. 이는 128GB로, 초고화질 영화 30편 정도를 저장할 수 있는 용량으로, 기존 연구 결과에 비해 10배 가량 높은 성과다.

연구팀은 “이번 연구 성과는 준안정상태에서 더 높은 성능을 낸다는 사실을 입증한 흥미로운 결과”라며 “향후 집적도와 효율을 높인 차세대 전자소자에 활용이 기대된다”고 전했다.

이번 연구는 박세영 숭실대 물리학과 교수, 서울대 IBS 강상관계 물질 연구단과 공동으로 진행했다. 연구 성과는 물리학 국제학술지 ‘피지컬리뷰레터스(Physical Review Letters)’에 게재됐다.