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삼성 후원 받은 차세대 부품 소재 연구, 세계적 학술지에 게재
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삼성 후원 받은 차세대 부품 소재 연구, 세계적 학술지에 게재
  • 김주연 기자
  • 승인 2019.09.24 18:41
  • 댓글 0
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삼성미래기술육성사업 지원을 받은 미래 부품 소재 연구 과제가 세계적인 학술지에 잇따라 게재됐다.

삼성전자(대표 김기남·김현석·고동진)는 삼성미래기술육성사업 지원과제 중 하나인 '차세대 자성 반도체(MDW-MRAM) 소비전력 95% 절감 기술'(고려대 신소재공학부 이경진 교수 연구팀)과 '2차 전지 충전용량 한계 극복 기술 개발'(성균관대 윤원섭 교수와 고려대 강용묵 교수 공동 연구팀) 연구 결과가 세계적인 학술지에 실렸다고 24일 밝혔다.

삼성전자는 국가 미래 과학기술 연구 지원을 위해 삼성미래기술육성사업을 마련, 지난 2013년부터 10년간 1조5000억원을 지원하고 있으며, 지금까지 534개 과제에 6852억원을 집행했다.

 

차세대 자성 반도체(MDW-MRAM) 소비전력 95% 절감 기술

이경진 고려대 교수./삼성전자
이경진 고려대 교수./삼성전자

고려대 신소재공학부 이경진 교수 연구팀은 테루오 오노(Teruo Ono) 일본 교토대 교수, 김세권 미주리(Missouri)대 교수, 김갑진 카이스트 교수 등과 국제공동연구를 통해 새로운 자성 소재를 활용, MDW(Magnetic Domain Wall)-MRAM의 소비 전력을 95% 이상 절감시킬 수 있는 원천 기술을 세계 처음으로 개발했다.

이 연구 결과는 최근 세계적인 학술지 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)'에 발표됐다. 

D램은 전원을 공급하지 않으면 데이터가 날아간다. 때문에 데이터를 저장하려면 사용하지 않을 때도 계속 전원을 공급해야한다. 

MDW-MRAM은 이를 해결하기 위해 개발됐다. 자성 소재에 스핀을 주입, 구동하기 때문에 초고속 처리가 가능하고 전력을 공급하지 않아도 데이터를 장기간 저장할 수 있다. 하지만 그동안 고밀도 데이터 저장을 위해 필요한 구동 전류가 너무 높은 문제가 있었다.

연구팀은 MDW-MRAM에 사용돼왔던 강자성(Ferromagnets) 소재를 페리자성(Ferrimagnets) 소재로 바꿨다. 이를 통해 스핀 전달 효율이 20배 정도로 커져 구동 전류 효율이 20배 이상 개선됐고 소비전력을 기존 대비 95% 이상 줄일 수 있었다.

이경진 교수는 "이번 연구결과는 차세대 MDW-MRAM 기술의 중요한 난제였던 높은 전력소모 문제를 해결할 수 있는 가능성을 보여줬다는 것에 큰 의미가 있다"고 말했다.

삼성전자는 이번 연구를 2017년 12월 삼성미래기술육성사업 지원과제로 선정했다.

 

2차 전지 충전용량 한계 극복 기술 개발

성균관대 윤원섭 교수와 고려대 강용묵 교수 공동 연구팀./삼성전자
성균관대 윤원섭 교수와 고려대 강용묵 교수 공동 연구팀./삼성전자

성균관대 윤원섭 교수와 고려대 강용묵 교수 공동 연구팀이 개발한 2차 전지 충전용량의 한계 극복 기술에 대한 연구 결과는 지난 2일 세계적인 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표됐다.

2차 전지의 수명은 대부분 양극재의 성능에 의존한다.

현재 2차 전지에 사용되는 양극 소재는 전기를 운반하는 양이온층과 금속산화물층이 교대로 적층된 형태인데, 전지 충방전 과정에서 일정량 이상의 양이온이 움직이게 되면 층간 구조가 무너지는 바람에 양극재가 본래 저장할 수 있는 충전용량을 100% 사용할 수 없었다.

공동 연구팀은 망간계 산화물인 버네사이트(Birnessite)를 이용하면 층과 층 사이에 존재하는 결정수(crystal water)의 양과 위치에 따라 층간 구조적 특징을 제어할 수 있다는 점에서 아이디어를 얻었다.

이를 통해 충방전 과정에서 발생하는 구조 변화를 가역적으로 만들어 충전용량을 100% 활용할 수 있는 가능성을 보여줬다.

윤원섭 교수는 "이번 연구결과는 충방전 과정에서 발생하는 양극 소재의 구조 변화를 근본적으로 뛰어넘을 수 있는 새로운 패러다임을 최초로 제시한 연구 결과"라고 말했다.

삼성전자는 이번 연구를 2017년 6월 삼성미래기술육성사업 연구지원 과제로 선정하고 지원해 왔다.


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