DGIST 김영욱 교수팀, 인위적 변형 없는 새로운 ‘초절전 메모리’ 원리 규명

DGIST(총장 이건우) 화학물리학과 김영욱 교수 연구팀은 KAIST 조길영 교수 연구팀과의 공동연구를 통해, 그래핀과 같은 초박막 물질을 적층해 전기로 정보를 기록하고 삭제할 수 있는 새로운 메모리 구현 원리를 발견했다고 밝혔다.

이번 연구는 기존 강유전 물질을 사용하지 않고도 극히 얇은 구조에서 메모리 기능을 구현할 수 있음을 입증한 성과로, 초저전력 전자 소자와 차세대 양자 컴퓨터 부품 개발에 활용 가능성이 제시됐다.

스마트폰과 컴퓨터 등 전자기기가 더 얇고 가벼워지기 위해서는 내부에 사용되는 반도체 소자의 두께를 줄이는 기술이 필수적이다. 그러나 현재 널리 사용되는 강유전 물질은 두께가 얇아질수록 성능이 급격히 저하되거나 공정이 복잡해지는 문제가 있었다. 이에 따라 기존 강유전 물질에 의존하지 않고도 초박막 환경에서 강유전성을 구현하는 방법에 대한 연구가 지속돼 왔다.

연구팀은 강유전성이 없는 소재들을 조합해 인위적으로 강유전 특성을 구현하는 방식으로 접근했다. 그래핀과 ‘α-RuCl₃’ 사이에 원자층 수준의 절연체인 hBN을 삽입해 샌드위치 형태의 적층 구조를 만들었다. 

이 구조에서 계면에 존재하는 전하들이 재배열되며, 전기적 쌍극자가 자연스럽게 형성돼 강유전 물질과 유사한 정보 저장 특성이 나타나는 것을 확인했다. 이를 통해 전기 신호만으로 정보를 기록하고 지우는 동작이 가능함을 실험적으로 입증했다.

해당 소자는 영하 약 243도인 30K 부근에서 가장 안정적으로 작동했으며, 전원을 차단한 상태에서도 저장된 정보가 5개월 이상 유지되는 비휘발성 특성을 보였다. 또 외부 자기장이나 방향에 영향을 받지 않고 전기적 상호작용만으로 제어할 수 있어, 기존 방식 대비 안정성과 효율성을 동시에 확보했다. 단순 적층 구조만으로 강유전성을 구현할 수 있음을 보여준 점에서 의미가 있다.

김영욱 교수는 “이번 연구는 구조를 인위적으로 변형하지 않고도, 물질을 쌓는 방식만으로 전기적 제어가 가능한 새로운 물성을 확인했다는 데 의의가 있다”며 “극저온에서 작동하는 양자 컴퓨터용 메모리 소자나 초절전 반도체 기술 개발에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구에는 DGIST 화학물리학과 김소연 박사가 제1저자로 참여했으며, KAIST 조길영 교수 연구팀과의 협력을 통해 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지 Nature Communications에 2026년 1월 6일 자로 게재됐으며, 한국연구재단과 기초과학연구원의 지원을 받아 진행됐다.