다중강성 물질의 전기적 성질과 자기적 성질을 제어할 수 있는 방법이 발견되어 차세대 전자소자 개발에 한걸음 다가갔다. 조지영 광주과학기술원 교수, 이성수 광주과학기술원 박사과정, 김영민 성균관대 교수 연구팀이 다중강성 박막에서 강유전성과 강자성이 발현되는 원리를 규명했다고 한국연구재단은 밝혔다.

다중강성은 강유전성과 강자성의 성질을 모두 갖는 성질이다. 전기장을 형성하는 강유전성 물질은 컴퓨터 메모리칩, 캐패시터 등에 사용되고, 자성을 띠는 강자성 물질은 하드디스크 자기헤드부터 전기제품의 모터까지 다양하게 활용된다. 두 가지 성질을 모두 가진 다중강성은 신개념 소재 및 소자로 개발될 것으로 기대되며 연구가 활발히 이루어지고 있다.

연구팀은 다중강성 물질인 비스무스철산화물(BiFeO3)* 박막의 산소원자 위치를 인위적으로 조절하여 강유전성과 강자성을 동시에 제어할 수 있음을 밝혀냈다.

또한 고품질 박막 제작 기술을 개발하여 산소원자 위치를 조절할 수 있는 박막의 두께를 10배 이상 증가시켰고, 그 결과 강유전성과 강자성의 크기를 기존 대비 2배 이상 향상시키는 데 성공하였다.

조지영 교수는 “지금까지는 수 나노미터 이하의 경계면 영역에서만 산소원자 위치 조절이 가능하여 강유전성과 강자성의 측정이 어렵기 때문에 전자소자로서 응용성이 떨어지는 한계가 있었다. 이 연구에서 강유전성과 강자성의 크기를 향상시킴과 동시에 제어 가능하도록 하여 다중강성 물질의 응용 가능성을 크게 높였다”고 연구의 의의를 설명했다. 

이 연구는 포항 가속기연구소 구태영 박사, 성균관대학교 김윤석 교수, 광주과학기술원 조병기 교수, 울산과학기술원 이준희 교수 등과 공동으로 진행됐다.

이 연구는 한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업(교육부 소관), 미래소재디스커버리사업 및 국가전략프로젝트(과학기술정보통신부 소관), 포스코청암재단 청암과학펠로십, 양자전자소재은행 등의 지원으로 수행되었다. 재료과학분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Fuctional Materials)* 3월 26일에 게재되었고, 표지논문(Frontispiece)으로 선정되었다.