[디지털데일리 김도현기자] 삼성미래기술육성사업 지원을 받은 미래부품·소재 연구과제가 결실을 맺고 있다. 차세대 반도체, 2차전지 관련 내용이 세계적인 학술지에 잇따라 게재됐다.

24일 삼성전자(대표 김기남 김현석 고동진)는 고려대 신소재공학부 이경진 교수 연구팀이 새로운 자성소재를 적용, MDW(Magnetic Domain Wall)-M램의 소비전력을 95% 이상 절감시킬 수 있는 원천기술을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 이들은 일본 교토대 테루오 오노 교수, 미국 미주리대 김세권 교수, 카이스트 김갑진 교수 등과 국제공동연구를 진행했다.

이 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’에 발표됐다. MDW-M램의 경우 자성 소재에 스핀을 주입해 구동하기 때문에 초고속 처리가 가능하다. 전력을 공급하지 않아도 데이터를 장기간 저장할 수 있는 장점이 있으나, 고밀도 데이터 저장을 위해 필요한 구동 전류가 너무 높은 문제가 있었다.

이 교수 연구팀은 MDW-M램에 사용해온 강자성 소재를 새로운 페리자성 소재로 변경했다. 이를 통해 스핀 전달 효율이 20배 정도로 커져, 구동 전류 효율이 20배 이상 개선됐다. 소비전력은 기존 대비 95% 이상 절감시킬 수 있게 됐다.

이 교수는 “이번 연구결과는 차세대 MDW-M램 기술의 중요한 난제였던 높은 전력소모 문제를 해결할 가능성을 보여줬다는 것에 큰 의미가 있다”며 “M램 비휘발성, 고밀도, 저전력을 동시에 만족하는 특성이 있어 4차 산업혁명 기술발전에 파급 효과가 있을 것”이라고 설명했다.

성균관대 윤원섭 교수와 고려대 강용묵 교수 공동 연구팀은 2차 전지 충전용량의 한계를 극복할 수 있는 기술 개발에 성공했다. 이 연구 결과는 지난 2일 세계적인 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 발표됐다.

스마트폰, 전기차 등의 2차전지 사용 시간은 양극 소재의 성능에 달려있다. 현재 2차전지에 사용되는 양극 소재는 전기를 운반하는 양이온층과 금속산화물층이 교대로 적층된 형태의 구조물이다. 전지 충방전 과정에서 일정량 이상의 양이온이 움직이면, 층간 구조가 무너져 회복되지 않는 성질이 있다. 이 때문에 충전용량을 100% 사용할 수 없었다.

공동 연구팀은 망간계 산화물인 버네사이트를 이용하면, 층과 층 사이에 존재하는 결정수의 양과 위치에 따라 층간 구조적 특징을 제어할 수 있다는 점에 착안했다. 이를 통해 충방전 과정에서 발생하는 구조변화를 가역적으로 만들어, 충전용량을 100% 활용할 가능성을 보여줬다.

윤 교수는 “이번 연구결과는 충방전 과정에서 발생하는 양극 소재의 구조변화를 근본적으로 뛰어넘을 수 있는 새로운 패러다임을 최초로 제시한 연구 결과”라고 강조했다.

한편 삼성미래기술육성사업은 국가 미래 과학기술 연구 지원을 위해 지난 2013년부터 오는 2023년까지 1조5000억원을 지원한다. 지금까지 534개 과제에 6852억원을 집행했다.

<김도현 기자>dobest@ddaily.co.kr