KIST 우성훈 박사, 美 포브스(Forbes) 발표한
‘아시아의 영향력 있는 젊은 리더 30인’에 선정


 - 미(美) Forbes 발표, ‘30 Under 30 Asia’ Healthcare & Science 부문에 선정
 - KIST 우성훈 박사(28세), 차세대 초저전력·초고속 스핀 전자소자 연구로 주목

 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 27일(화, 한국시간) 미국의 3대 경제잡지 중 하나인 ‘포브스(Forbes)’가 발표한 ‘2018 아시아의 영향력 있는 30세 이하 리더 30인 (2018 Forbes 30 Under 30 Asia)’ 헬스케어 & 과학 부문에서 KIST 스핀융합연구단 우성훈 박사가 선정됐다고 밝혔다. 
 
포브스는 우성훈 박사를 아시아에서 영향력 있는 젊은 리더로 선정한 이유에 대해 “세계 최초로 무(無)전력에 가까운 초저전력을 사용하여 전자소자를 구동할 수 있는 원리를 찾아내었다”고 밝히며 “우성훈 박사의 연구 성과는 향후 스핀트로닉스 기술 및 나노물질을 기반으로 한 스핀소자가 기존 전자소자를 대체하는데 큰 기여를 할 것으로 예상된다.”고 전했다.

 

현재 KIST 차세대반도체연구소(소장, 장준연) 스핀융합연구단 선임연구원으로 재직 중인 우성훈 박사는 전자의 ‘스핀’을 이용하여 기존 실리콘 기반의 전자소자를 대체하기 위한 스핀-전자소자에 대한 원천기술을 연구해 왔다. 우 박사는 최근 전력소모가 필요 없는 ‘무전력’ 메모리 소자구현을 위한 원천 기술을 발견하여 큰 주목을 받았으며, 또한 미래 메모리/통신소자의 기본 단위로 주목받는 ‘스커미온’(Skyrmion) 입자에 대한 선도적인 연구 결과들을 발표해왔다.

 

KIST 우성훈 박사는 최근 3년간 Nature Materials, Nature Physics, Nature Communications(2편)에 주저자 및 교신저자로 논문을 발표하는 등 왕성한 연구 활동으로 해당 분야를 선도하는 젊은 과학자로 학계에서도 큰 주목을 받아왔으며, 상기 성과는 2016년 포스코 청암 과학 펠로우 선정, 2016년 삼성미래기술육성사업 연구책임자 선정, 2017년 KIST인 대상, 2017년 10대 나노기술 선정, 2017년 출연(연) 10대 성과 수상 등의 대내외 수상으로 그 성과를 인정받은 바 있다.

 

KIST 우성훈 박사는 본 포브스지의 선정에 대해 “제 연구 분야인 ‘스핀트로닉스’라는 연구의 중요성이 인정받은 것 같아 매우 기쁘다. 무엇보다 제가 하고 싶은 연구를 할 수 있는 환경과 물심양면으로 지원해주시는 동료 연구자분들께 진심으로 감사를 표하고 싶다“며, 소감을 말하며, “향후 지속적인 연구를 통해 다가올 4차 산업혁명을 선도할 새로운 초저전력·초고속 스핀-전자소자의 실용화를 위해 연구에 매진하겠다.”라고 포부를 밝혔다.

 

2016년부터 올해로 세 번째를 맞는 이번 발표(Forbes 30 Under 30 Asia)는 포브스가 매년 10개 분야의 300명의 젊은 혁신가를 선정하여, 산업 분야를 재발명하고 다양한 지역에서 변화를 주도함을 목적으로 시작되었다. 올해는 처음으로 아제르바이잔과 북한을 포함하여 아시아 태평양 전역의 24 개국을 대표하는 수천 명의 온라인 후보로 지명된 이들 중 포브스 기자단이 조사하고, 전문 심사위원 패널을 대상으로 심사를 거쳐 선정된 이들이 이번 권위 있는 목록에 이름을 올리게 된다.

 

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 KIST 연구진이 규명한 ‘스커미온’의 직진운동,

초저전력 차세대 스핀 메모리가 온다.


  - 삼성미래기술육성사업 선정과제로 수행, ‘스커미온 직진운동’ 최초 구현
  - 향후 스커미온 기반의 초저전력 스핀 메모리 구현에 기여할 것으로 기대

 

2009년 처음 발견된 소용돌이 모양의 스핀 구조체인 ‘스커미온(Skyrmion)’*은 특유의 위상학적 안정성과 작은 크기, 효율적인 움직임 등으로 인해 초고밀도, 고속력 차세대 메모리 소자의 기본 단위로 학계에서 매우 큰 주목을 받고 있다. 하지만 스커미온의 위상학적 특징 중 하나인, ‘스커미온 홀 효과(Skyrmion Hall effect)’**로 인해서 스커미온의 운동을 원하는 방향으로 제어할 수 없었고, 따라서 외부에서 인가하는 전류의 방향 그대로 움직이는 ‘스커미온 직진운동’ 구현 물질 및 기술 개발이 요구되어 왔다. 최근 국내 연구진이 위의 ‘스커미온 직진운동’을 가능하게 함으로서, 스커미온 기반의 차세대 초저전력 스핀 메모리 구현에 한발짝 더 다가서게끔 하였다. 

*스커미온(Skyrmion) : 소용돌이 모양으로 스핀들이 배열되어 형성되는 스핀 구조체
**스커미온 홀 효과(Skyrmion Hall effect) : 전류를 가했을 때, 스커미온이 전류의 방향에 대해 대각선으로 움직이는 위상학적 효과

 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 스핀융합연구단 우성훈 박사팀은 강자성체와 반강자성체의 중간 형태인 ‘페리자성체(ferrimagnetic)‘***를 사용하여, 기존에 이론으로만 제시되었던 높은 직진성 및 이동효율을 보이는 스커미온의 움직임을 세계 최초로 구현하였다고 밝혔다.
***페리자성체(ferrimagnetic) : GdFeCo(가돌리늄과 철, 코발트 포함 금속합금)

 

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)지원의 KIST 기관고유사업과 삼성전자 미래기술육성센터 지원사업으로 수행되었으며, 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, IF: 12.124)’ 최신호에 온라인 게재되었다.

<그림 1> 기존의 강자성체(Ferromagnet)과 달리, 전류방향 그대로 직진 운동을 하는 페리 스커미온(Ferromagnetic Skyrmion)의 운동 모식도

 

실제 스커미온을 사용하여 메모리 소자를 구동하기 위해서는, 개개의 스커미온의 위치를 정확히 컨트롤할 수 있어야하며, 이러한 위치조정을 위해서는 외부 전류를 이용하여 스커미온을 원하는 위치로 이동시키는, 즉 전류방향 그대로의 스커미온 직진 운동이 핵심 기술로 요구된다. 따라서 본 연구 결과는 학계에서 매우 큰 관심을 받고 있는 스커미온이 실제 메모리 소자에 적용되기 위한 핵심 기술이며, 향후 스커미온 기반의 초저전력 메모리를 구현하는 데 큰 기여를 할 것으로 예상하고 있다.

우성훈 박사는 “4차 산업혁명과 함께 고성능 고용량 전자소자들이 매우 빠른 속도로 출현함에 따라 초저전력 메모리 소자의 개발은 현재 매우 절실한 이슈로 자리 잡고 있다”고 전하며, “본 연구를 통해 개발한 스커미온 메모리 핵심 기술은, 향후 실제 스커미온 기반의 초저전력 스핀 메모리 소자 구현 및 관련 산업 전반에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. 본 연구 논문에는 KIST 연수생 송경미 박사과정(숙명여자대학교 물리학과) 학생이 공동 1저자로 참여하였다.

 

 * (논문명) Current-driven dynamics and inhibition of the skyrmion Hall effect of

               ferrimagnetic skyrmions in GdFeCo films
            - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 우성훈 선임연구원  
            - (공동 제1저자) 숙명여자대학교 송경미 박사과정

 

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우성훈 박사, 이달의 KIST인상 수상

차세대 전자소자인 스핀트로닉스 분야에서 우수한 성과로 두각을 나타내
 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 스핀융합연구단 우성훈 박사는 7월 18일(화) KIST 서울 본원에서 우수한 연구업적을 인정받아 ‘이달의 KIST인상‘을 수상했다. KIST 우성훈 박사는 美 MIT와의 공동연구를 통해 ‘無 전력’ 메모리 소자의 구동 가능성을 세계 최초로 규명했다. 우성훈 박사는 이론으로만 제시되었던 스핀파(Spin Wave)를 이용한 자구벽 이동을 구현하는 연구의 논문을 물리학 유명저널인 ‘Nature Physics’ 5월호에 주저자로 게재하였으며, 향후 ‘전력 소모 0’인 신개념 메모리 소자 개발의 가능성을 열었다는 평을 받고 있다.  또한 우성훈 박사는 초미세 자기구조체인 ‘스커미온(Skirmion)’을 이용하여 신개념의 차세대 광대역 통신 소자에 적용 가능한 물리적 현상을 규명했다. 우성훈 박사는 스커미온의 호흡운동을 구현하고, 또한 효율적인 생성 기법을 개발하여 국제 학술지인 ‘Nature Communications’ 5월 24일자에 주저자이자 교신저자로 게재하였다. 본 연구는 스커미온 기반의 초저전력, 고효율의 차세대 통신소자 개발을 앞당기는데 기여할 것으로 전망하고 있다. 이에 KIST는 탁월한 연구업적을 인정하여 우성훈 박사를 ‘이달의 KIST인상’으로 선정했다고 밝혔다.  이달의 KIST인상은 원의 발전에 가장 창조적, 혁신적으로 기여한 우수 직원을 발굴하여 포상함으로써 연구(업무)활동을 활성화하고자, 해당부서장이 적격후보자를 추천하여 포상심의위원회 심의를 거쳐 최종 선정된다.

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KIST-DGIST 공동연구팀, 이론으로만 제시된 스커미온의 호흡운동 규명
향후 스커미온 기반의 초저전력-초고주파 차세대 통신소자 개발 기대

 

2009년 발견된 소용돌이 모양으로 배열된 스핀들의 구조체인 ‘스커미온 (Skyrmion)’*은 특유의 위상학적 안정성과 작은 크기, 효율적인 움직임 등으로 인해 초고밀도, 고속력 차세대 메모리 소자의 기본 단위로 학계에서 매우 큰 주목을 받고 있다. 최근 국내 연구진이 독특한 스핀 구조체인 스커미온을 사용하여 차세대 초저전력-초고주파 통신 소자에 적용 가능한 기술을 개발했다고 밝혔다.
*스커미온(Skyrmion) : 소용돌이 모양으로 스핀들이 배열되어 형성되는 스핀 구조체

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 스핀융합연구단 우성훈 박사팀은 대구경북과학기술원(DGIST, 총장 손상혁) DGIST-LBNL 신물질연구센터 홍정일 센터장(신물질과학전공 교수)팀과의 공동연구를 통해 스커미온 스핀 구조체를 사용하여 기존에 제시된 바 없는 전혀 새로운 형태의 차세대 광대역 통신 소자에 적용 가능한 물리적 현상을 규명했다고 밝혔다. 최근에는 이러한 스커미온이 보이는 독특한 동역학적 움직임인 ‘스커미온 호흡운동(Skyrmion Breathing)’**현상을 사용할 때, 메모리 소자를 넘어 스커미온 기반의 차세대 고주파 발진기 소자의 구현도 가능하다는 이론적인 예측이 있어 왔다. 하지만 스커미온의 매우 작은 크기와 빠른 운동 속도로 인하여, 스커미온 호흡운동을 실제 관측하는 연구는 현재까지 이뤄지지 못했었다.
**스커미온 호흡운동 : 외부의 신호에 반응하여, 스커미온의 크기가 커졌다-작아졌다를 반복하며 새로운 고주파 신호를 발생시키는 독특한 자성 동역학적 움직임.
이번 연구 결과는 기존에 이론으로만 제시되었던 ‘스커미온의 호흡운동’을 세계 최초로 구현한 것으로, KIST-DGIST 공동연구팀은 우수한 시공간 분해능(Resolving Power)***을 가지는 X-선 촬영기법을 이용하여, 외부 신호에 반응하는 스커미온의 미세 호흡운동을 1 나노 초(ns, 10억분의 1초) 단위로 관측하는데 성공하였다. 뿐만 아니라, 본 연구 과정을 통하여 외부 전류를 이용한 스커미온의 효율적인 생성 기법 또한 개발하였다. 이러한 연구 결과는 그동안 학계에서 주목해온 메모리 소자로의 적용을 넘어 미래 전자기기 전 분야에 스커미온이 큰 역할을 할 수 있음을 제시하는 매우 중요한 결과라 할 수 있다.
**분해능(分解能) : 현미경 등의 광학기기에서 관찰하는 대상의 세부를 상(像)으로 판별하는 능력. 분리능 또는 해상력이라고 한다.

<그림 1> 외부 전류 자극에 의해 시간에 따라 변하는 스커미온 호흡운동에 대한 모식도

본 연구를 주도한 KIST 우성훈 박사는 “기존에 이론으로만 제시되었던 스커미온 기반의 고효율 차세대 통신소자가 실제 가능하다는 연구 결과이며, 향후 미래 고성능 전자기기들의 효율적인 통신을 위한 차세대 통신소자 개발을 앞당기는데 기여할 것”이라고 말했다. 또한 DGIST 홍정일 센터장은 “본 연구결과가 제시하는 ‘스커미온’을 활용한 새로운 접근법은 전반적인 소자의 작동 메커니즘을 새롭게 제시할 수 있어 기존의 연구 흐름에 시사하는 바가 크다”고 밝혔다. 또한 본 연구 논문에는 KIST 연수생 송경미 박사과정(숙명여자대학교 물리학과) 학생이 공동 1저자로 참여하였다.

 

본 연구는 미래창조과학부 지원으로 KIST 기관고유사업, 창의형 융합연구사업 및  미래소재디스커버리사업으로 수행되었으며, 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 5월 24일(수) 온라인 판에 게재되었다.

 * (논문명) Spin-orbit torque-driven skyrmion dynamics revealed by time-resolved X-ray microscopy

        - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 우성훈 선임연구원
        - (공동 제 1저자) 한국과학기술연구원 송경미 학연(숙명여자대학교 나노물리학과 박사과정)
        - (공동 교신저자) 대구경북과학기술원 DGIST-LBNL 신물질연구센터 홍정일 센터장

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이론으로만 제시된 스핀파(Spin wave)를 이용한 자구벽 이동 세계 최초 구현

향후 ‘전력 소모 0’인 신개념 메모리 소자 개발 기대

 

국내 연구진이 초저전력을 넘어선 전력소모 ‘0’인 ‘無 전력’ 메모리소자를 가능케 하는 물리적 현상을 세계 최초로 규명했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 스핀융합연구단 우성훈 박사는 미국 MIT 재료공학과 제프리 비치(Geoffrey Beach) 교수팀과의 약 3년간의 공동연구를 통해, 소자의 스핀성질을 활용하여 전력소모 없이 메모리 소자를 구동할 수 있는 방법을 세계 최초로 구현하였다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 기존에 이론으로만 제시되었던 스핀파(Spin wave)*를 이용한 자구벽(Domain Wall)**의 이동을 세계 최초로 구현한 것으로, 물리학 분야 세계 최고권위의 저널 ‘네이처 피직스(Nature Physics)’ 1월 31일(한국시간)자에 게재되었다.
*스핀파(Spinwave) : 스핀 배열이 흐트러짐에 따라 발생하다고 생각되는 파동.
*자구벽(Magnetic Domain Wall) :  강자성체에 있어서 자구와 자구(磁區)의 경계이다.

 

서로 다른 자성을 띈 자기 구역을 구분하는 ‘자구벽’ 구조는, 높은 이동도와 안정성, 값싼 공정가격 등을 바탕으로 이를 차세대 메모리 소자에 적용하기 위한 연구가 세계적으로 활발하게 진행되어 왔다. 하지만 ‘자구벽’ 구조를 이동시키기 위해 소모되는 임계 전류값이 기존 전자소자와 비교하여 큰 이점을 가지지 못한다는 ‘전력소모’의 한계로 인해, 임계 전류를 낮추기 위한 다각도의 연구가 이루어져 왔으나 여전히 분명한 해결책이 나타나지 않았다. 

 [그림 : 두 개의 자구벽이 부딪힐 때 나타나는 강한 크기의 스핀파에 대한 도식(Schematic)]

본 연구결과는, 기존에 전기적인 방법을 이용하여 자구벽을 이동시켜야 한다는 고정관념을 깬 전혀 새로운 접근 방법의 결과이다. 연구팀은 2개의 자구벽이 부딪혀서 생기는 스핀의 독특한 파동 형태인 ‘스핀파(or 마그논(Magnon))’를 사용하여 전력소모가 전혀 없이도 자구벽의 효율적인 이동이 가능하다는 것을 밝혔다. 즉, 외부전류의 유입없이 자구벽의 유무상태를 바꿀 수 있게 됨으로서, 향후 무전력 소자가 가능해질 것이라는 원리를 세계최초로 규명한 것이다. 또한 스핀파의 효율적인 생성을 위해서 두 개의 자구벽의 충돌을 이용함으로서, 전력 소모 없이도 강한 크기의 스핀파가 생성될 수 있음도 보여주었다.  우성훈 박사는 “스마트기기 하나가 처리해야할 정보의 양이 기하급수적으로 늘어나고 있는 상황에서 초저전력 문제는 굉장히 큰 이슈로 자리 잡고 있다”고 전하며, “이런 상황에서 본 연구결과가 제시하는, 스핀소자를 활용한 새로운 접근법은 향후 차세대 메모리 관련 산업전반에 크게 기여할 수 있을 것이라고 본다”고 밝혔다.


본 연구는 미래창조과학부(장관 최양희)지원으로 KIST 기관고유사업과 미국 C-SPIN 사업의 지원으로 수행되었다. 

 * (논문명) Magnetic Domain Wall Depinning Assisted by Spin Wave Bursts 
          - (제1저자) 한국과학기술연구원 우성훈 선임연구원       
          - (교신저자) MIT Geoffrey Beach 교수

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[YTN 사이언스] '전력 안쓰는 메모리'개발 가능성 열려

 

한미 공동 연구진이 외부 전력 없이도 자성을 바꾸는 데 성공해, 전력 소모가 전혀 없는 메모리 개발 가능성을 열었습니다. KIST 우성훈 박사와 MIT 제프리 비치 교수 등이 참여한 국제 공동 연구진은 외부에서 전력을 공급받지 않아도 철이나 니켈 같은 '강자성체'의 자기적 성질을 바꾸는 데 성공했다고 밝혔습니다. [...]

 

[YTN 사이언스 방송보기]

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[연합뉴스] 전력소모 없는 '무전력 메모리' 가능성 첫 규명

 

[...]한국과학기술연구원(KIST)은 우성훈 박사와 제프리 비치 미국 매사추세츠공대(MIT) 재료공학과 교수 등이 참여한 국제공동연구진이 외부 전력 없이도 '강자성체'의 자기적 성질(자성)을 바꾸는 데 성공했다고 31일 밝혔다.[...]

 

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