울산과학기술원(UNIST)이 저전력·고속 연산이 가능한 AI 메모리 반도체 실현을 위한 차세대 소재로 주목받는 ‘교자성체(RuO₂)’를 기반으로 자기 터널 접합(MTJ) 소자를 개발해 세계 최초로 터널 자기저항(TMR)의 반전을 관측했다고 밝혔다.

이번 연구는 UNIST 신소재공학과 유정우 교수팀과 물리학과 손창희 교수팀이 공동 진행한 것으로, 기존 강자성체 기반 MRAM의 스위칭 속도 및 전력 소모 한계를 극복할 수 있는 대안으로 기대를 모은다.

MRAM은 비휘발성 메모리로, 전하가 아닌 전자의 ‘스핀’을 이용해 정보를 처리하지만 강자성체 특성상 외부 자기장에 민감하고 고속 스위칭에 제약이 있었다.

연구팀은 고진공에서 원자 단위의 박막 증착 기술을 활용해 산화루테늄(RuO₂)을 합성하고 절연층 및 강자성층과의 적층을 통해 새로운 MTJ 소자를 구현했다.

해당 소자에서 스핀 방향 변화에 따라 터널 자기저항 값이 실질적으로 변화하는 현상을 실험적으로 증명했으며, 이는 교자성체를 활용한 메모리 소자의 실현 가능성을 보여주는 중요한 성과다.

해당 결과는 물리학 분야 최고 권위의 저널인 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’에 6월 20일자로 게재됐으며, 연구에는 노승현 연구원과 김계현 연구원이 제1저자로 참여했다.

이번 연구는 2024년 9월부터 시작된 고위험·고파급 주제에 대한 빠른 지원을 목표로 하는 ‘한계도전 R&D 프로젝트’의 일환으로, 소재 합성부터 소자 측정까지 1년이 채 안 되는 기간에 성과를 도출했다.

한국연구재단 김동호 책임은 “교자성체 분야에 과감히 도전한 연구진과 빠른 지원이 결합한 결과”라며, “반도체 산업의 다음 도약으로 이어질 수 있도록 지속적인 지원을 이어갈 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 AI 반도체의 저전력·고속 특성 구현을 위한 혁신적 기술로 평가받고 있으며, 후속 연구를 통해 더 명확한 TMR 반전 특성을 구현할 계획이다.