[미리보는 '금요일에 과학터치'] 스마트폰에 정보저장, 어떻게 가능할까

사진=태양계 행성. 포스텍 이현우 교수 제공

21세기는 정보화 사회다. 수많은 사람들이 직장에서 또는 집에서 정보를 저장하고 처리하기 위해 컴퓨터를 사용한다. 심지어 전화기도 정보를 저장하고 처리하는 기능을 든든하게 갖춘 스마트폰이 선호되는 시기가 도래했다.

그런데 대표적인 정보화 기기인 스마트폰과 데스크탑 컴퓨터에서는 어떤 방법으로 정보를 저장할까? 얼핏 유사해 보이지만 두 기기에서 정보를 저장하는 방식은 아주 다르다. 이 때문에 기본 동작 속도도 상당히 차이가 난다. 데스크탑은 DRAM이라는 반도체 소자를 많이 사용하지만 스마트폰은 FLASH RAM이라는 반도체 소자를 주로 쓴다. DRAM에 정보를 기록하는데 걸리는 시간이 FLASH RAM에 정보를 기록하는데 걸리는 시간의 약 1천분의 1 정도이다.

그렇다면 DRAM을 스마트폰에 사용하면 스마트폰의 속도를 더 빠르게 할 수 있지 않을까? 한 가지 문제가 있다. DRAM은 FLASH RAM보다 훨씬 많은 전기를 소모하고 따라서 배터리가 금방 소진된다. FLASH RAM처럼 전기를 적게 소모하면서 속도는 DRAM처럼 빠른 소자는 없을까? 만약 어떤 기업이 이런 소자를 만들어 낼 수 있다면 엄청난 이윤을 남길 수 있을 것이다. 이런 소자를 만들기 위해 대학, 연구소, 산업체에서 많은 연구를 하고 있는 가운데 전자의 스핀을 이용해 그런 소자를 구현하려는 시도도 이어지고 있다.

포스텍 물리학과 이현우 교수 연구팀은 2010년부터 교육과학기술부의 중견연구자지원 사업 대상에 선정돼 '자성나노구조에서의 스핀 전류' 연구를 수행 중이다. 또 2011년 교육과학기술부가 선정한 선도연구지원센터인 '토폴로지 물질 연구센터'의 일원으로 자성 물질과 토폴로지 물질의 계면에서 발생하는 물리적 현상에 대해 연구하고 있다.

이 교수 연구팀은 수십 내지 수백 나노미터 정도 크기의 나노 구조에서 전자 스핀 때문에 나타나는 현상들의 원인을 규명하려고 시도 중이다. 그리고 이를 이용해 전자의 스핀 상태를 제어하는 효율적인 방법을 개발하기 위해 노력하고 있다. 전자 스핀을 이용한 정보 저장 방법은 실리콘을 기반으로 한 정보 저장 방법의 한계를 돌파할 수 있는 주요 후보 중 하나로 거론되고 있는 미래 기술이기 때문이다.

이번 강연에서는 전자 스핀을 이용해 정보를 저장하는 방식에 대해 간단히 소개한다. 원자핵 주위를 도는 전자를 태양 주위를 도는 행성에 비유하면 전자 스핀은 행성의 자전. DRAM, Flash RAM과 같은 기존 메모리 소자가 전자의 위치를 제어해 정보를 저장하는데 이는 행성의 위치가 태양 근처 어디에 있는지를 통해 정보를 저장하는 것에 해당한다. 반면 전자 스핀을 이용해 정보를 저장하려는 시도는 행성의 위치가 아니라 행성이 어떤 식으로 자전을 하고 있는지를 통해 정보를 저장하는 것이라 할 수 있다.

전자 스핀을 이용한 정보 저장 방식은 기존 정보 저장 방식과 아주 다르다. 이 때문에 기존 방법과 상당히 다른 특성을 가질 것이고 이 차이를 잘 활용해 기존 정보 저장 소자의 한계를 뛰어넘는 것이 이 분야 연구의 궁극적 목표다. 이번 강연에서는 전자 스핀을 이용해 정보를 저장하고 읽어내는 방법에 대한 설명과 함께 이 기술의 현재 상태, 앞으로 해결해야 할 문제점들을 짚어 보고, 국내 연구진이 이 분야 기반 연구를 통해 이룬 업적을 간단히 소개할 예정이다.