전원이 꺼져도 정보가 보존되는 강유전체 터널소자 원리 규명, 비휘발성 메모리 개발 박차 - 강유전체의 자발분극 방향에 따라 양자역학적 전자의 흐름을 달리하는 터널접합소자의 거대 전극의존성 발견 - 거대전극효과는 강유전체와 전극 사이에 존재하는 양자역학적 에너지 장벽의 차이에 기인함을 규명 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 전자재료연구센터 정두석 박사 연구팀이 독일 킬 대학, 율리히 연구소, 러시아 아이오페 연구소와의 공동연구를 통해 강유전체 터널접합소자의 거대전극효과를 발견, 그 원리를 규명했다고 밝혔다. 전기가 통하지 않는 절연체인 유전체는 상온에서 전압을 흘려주었을 때 내부에 +, - 이온이 쌍을 이루는 전기쌍극자(electric dipole)가 형성되고, 이로 인해 유전체의 +,- 극이 분리되어 메모리로 활용이 가능하다. 유전체는 현재 컴퓨터 하드 드라이브에 저장된 정보를 중앙처리장치(CPU)로 불러오는 DRAM 반도체에 많이 쓰이고 있다. 그러나 유전체는 전압이 사라지면 이러한 성질이 사라지는데 이 때문에 컴퓨터 부팅에는 일정 시간이 소모된다. 유전체 중 전압이 사라져도 +,- 한 쌍의 이온이 사라지지 않는 유전체가 ‘강유전체’이다. 이런 이유로 강유전체는 전기를 꺼도 저장된 정보가 사라지지 않는 ‘자발분극’ 현상이 일어나 비휘발성 메모리 연구에 활발히 쓰이고 있다. 실제로 세계 각국의 반도체 기업은 강유전체 축전기(ferroelectric capacitor)를 이용한 FeRAM 개발을 현재까지 이어오고 있다. ※ 자발분극 : 외부 인가 전기장에 의해 절연체 내 생성된 전기쌍극자가 외부 전기장 제거 후 잔존하는 현상을 의미함. 하지만 FeRAM이 소형화되면 정전용량이 확보를 하기가 어렵다는 단점이 있다. 따라서 현재는 축전기 형태의 강유전체 소자가 아닌 소형화에 유리한 저항을 기반으로 한 강유전체 소자를 이용 메모리소자 구현을 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 연구팀은 3 나노미터 두께의 티탄산바륨 (barium titanate) 단결정 강유전체 박막을 이용하여 터널접합소자를 제작하였다(그림 1). 연구팀은 터널 접합소자 상부에 구리, 금 등의 재료를 전극으로 붙였다. 상부 전극의 재료의 종류에 달리하여 실험을 한 결과 터널접합소자를 통해 흐르는 양자역학적 전자의 흐름이 강유전체의 자발분극 방향에 영향을 받으며 상부 전극물질의 종류에 크게 의존함을 발견하였다. * 양자역학적 전자의 흐름 : 전자는 파동과 입자의 특성을 보이며 파동특성에 의해 두 전극사이에 위치한 강유전체 장벽을 통과할 수 있다. 이 현상을 양자역학적 터널링 효과라 부름. 상부전극이 구리인 터널접합소자의 자발분극 방향에 따른 저항비는 금에 비해 50~60배 이상에 달하는 거대전극효과 (giant electrode effect)를 보였다. 메모리소자의 높은 저항비는 저장된 정보의 읽기과정 시 발생 가능한 오류를 줄일 수 있어 터널접합소자 기반 메모리 개발에 박차를 가할 수 있을 것으로 예상된다. KIST 전자재료연구센터 정두석 박사는 “강유전체 터널접합소자는 향후 디지털 컴퓨터의 비휘발성 메모리, 신경망 모방 컴퓨터의 인공시냅스 소자 등에 활용될 수 있으며”, “학문적, 산업적으로 거대전극효과는 터널접합소자의 특성설계에 중요한 척도로 이용될 가능성이 있다”고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전자재료연구센터 정두석 박사 연구팀에서 진행된 연구로, 강유전체 터널접합소자의 거대전극효과를 최초로 발견하였을 뿐 아니라 현상학적인 원리를 규명하였다. 이번 연구 성과는 Nature Communications에 “Giant electrode effect on tunnelling electroresistance in ferroelectric tunnel junctions” (DOI: 10.1038/ncomms6414)라는 제목으로 11월 17일(월)에 온라인 게재되었다. 이번 연구는 KIST의 K-GRL 기관고유연구사업 지원으로 수행되었다. ○ 연구진: ■ Dr. 정두석, 선임연구원, 전자재료연구센터, KIST ■ Dr. 김성근, 선임연구원, 전자재료연구센터, KIST ■ Dr. Rohit Soni, 박사후 연구원, Christian-Albrechts-Universit？t zu Kiel ■ Dr. Hermann Kohlstedt, 교수, Christian-Albrechts-Universit？t zu Kiel ■ Dr. Nikolay A. Pertsev, 연구원, A. F. Ioffe Physical-Technical Institute of the Russian Academy of Sciences ○ 사진 정두석, 선임연구원, 전자재료연구센터, KIST ○ 관련자료 그림 1 강유전체 터널접합소자의 고해상 투과전자현미경 사진, Cu(구리-상부전극), BTO(강유전체), LSMO(하부전극) 그림 2 좌측: 금 상부전극을 이용한 강유전체 터널접합소자의(위) 강유전 특성과 (아래) 저항 특성. 우측: 구리 상부전극을 이용한 터널접합소자의(위) 강유전 특성과 (아래) 저항 특성. 아래쪽은 두 그래프는 전류의 비를 나타내는데, 오른쪽이 비율이 커, 저항비가 크다고 볼 수 있다.

전원이 꺼져도 정보가 보존되는 강유전체 터널소자 원리 규명, 비휘발성 메모리 개발 박차 - 강유전체의 자발분극 방향에 따라 양자역학적 전자의 흐름을 달리하는 터널접합소자의 거대 전극의존성 발견 - 거대전극효과는 강유전체와 전극 사이에 존재하는 양자역학적 에너지 장벽의 차이에 기인함을 규명 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 전자재료연구센터 정두석 박사 연구팀이 독일 킬 대학, 율리히 연구소, 러시아 아이오페 연구소와의 공동연구를 통해 강유전체 터널접합소자의 거대전극효과를 발견, 그 원리를 규명했다고 밝혔다. 전기가 통하지 않는 절연체인 유전체는 상온에서 전압을 흘려주었을 때 내부에 +, - 이온이 쌍을 이루는 전기쌍극자(electric dipole)가 형성되고, 이로 인해 유전체의 +,- 극이 분리되어 메모리로 활용이 가능하다. 유전체는 현재 컴퓨터 하드 드라이브에 저장된 정보를 중앙처리장치(CPU)로 불러오는 DRAM 반도체에 많이 쓰이고 있다. 그러나 유전체는 전압이 사라지면 이러한 성질이 사라지는데 이 때문에 컴퓨터 부팅에는 일정 시간이 소모된다. 유전체 중 전압이 사라져도 +,- 한 쌍의 이온이 사라지지 않는 유전체가 ‘강유전체’이다. 이런 이유로 강유전체는 전기를 꺼도 저장된 정보가 사라지지 않는 ‘자발분극’ 현상이 일어나 비휘발성 메모리 연구에 활발히 쓰이고 있다. 실제로 세계 각국의 반도체 기업은 강유전체 축전기(ferroelectric capacitor)를 이용한 FeRAM 개발을 현재까지 이어오고 있다. ※ 자발분극 : 외부 인가 전기장에 의해 절연체 내 생성된 전기쌍극자가 외부 전기장 제거 후 잔존하는 현상을 의미함. 하지만 FeRAM이 소형화되면 정전용량이 확보를 하기가 어렵다는 단점이 있다. 따라서 현재는 축전기 형태의 강유전체 소자가 아닌 소형화에 유리한 저항을 기반으로 한 강유전체 소자를 이용 메모리소자 구현을 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 연구팀은 3 나노미터 두께의 티탄산바륨 (barium titanate) 단결정 강유전체 박막을 이용하여 터널접합소자를 제작하였다(그림 1). 연구팀은 터널 접합소자 상부에 구리, 금 등의 재료를 전극으로 붙였다. 상부 전극의 재료의 종류에 달리하여 실험을 한 결과 터널접합소자를 통해 흐르는 양자역학적 전자의 흐름이 강유전체의 자발분극 방향에 영향을 받으며 상부 전극물질의 종류에 크게 의존함을 발견하였다. * 양자역학적 전자의 흐름 : 전자는 파동과 입자의 특성을 보이며 파동특성에 의해 두 전극사이에 위치한 강유전체 장벽을 통과할 수 있다. 이 현상을 양자역학적 터널링 효과라 부름. 상부전극이 구리인 터널접합소자의 자발분극 방향에 따른 저항비는 금에 비해 50~60배 이상에 달하는 거대전극효과 (giant electrode effect)를 보였다. 메모리소자의 높은 저항비는 저장된 정보의 읽기과정 시 발생 가능한 오류를 줄일 수 있어 터널접합소자 기반 메모리 개발에 박차를 가할 수 있을 것으로 예상된다. KIST 전자재료연구센터 정두석 박사는 “강유전체 터널접합소자는 향후 디지털 컴퓨터의 비휘발성 메모리, 신경망 모방 컴퓨터의 인공시냅스 소자 등에 활용될 수 있으며”, “학문적, 산업적으로 거대전극효과는 터널접합소자의 특성설계에 중요한 척도로 이용될 가능성이 있다”고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전자재료연구센터 정두석 박사 연구팀에서 진행된 연구로, 강유전체 터널접합소자의 거대전극효과를 최초로 발견하였을 뿐 아니라 현상학적인 원리를 규명하였다. 이번 연구 성과는 Nature Communications에 “Giant electrode effect on tunnelling electroresistance in ferroelectric tunnel junctions” (DOI: 10.1038/ncomms6414)라는 제목으로 11월 17일(월)에 온라인 게재되었다. 이번 연구는 KIST의 K-GRL 기관고유연구사업 지원으로 수행되었다. ○ 연구진: ■ Dr. 정두석, 선임연구원, 전자재료연구센터, KIST ■ Dr. 김성근, 선임연구원, 전자재료연구센터, KIST ■ Dr. Rohit Soni, 박사후 연구원, Christian-Albrechts-Universit？t zu Kiel ■ Dr. Hermann Kohlstedt, 교수, Christian-Albrechts-Universit？t zu Kiel ■ Dr. Nikolay A. Pertsev, 연구원, A. F. Ioffe Physical-Technical Institute of the Russian Academy of Sciences ○ 사진 정두석, 선임연구원, 전자재료연구센터, KIST ○ 관련자료 그림 1 강유전체 터널접합소자의 고해상 투과전자현미경 사진, Cu(구리-상부전극), BTO(강유전체), LSMO(하부전극) 그림 2 좌측: 금 상부전극을 이용한 강유전체 터널접합소자의(위) 강유전 특성과 (아래) 저항 특성. 우측: 구리 상부전극을 이용한 터널접합소자의(위) 강유전 특성과 (아래) 저항 특성. 아래쪽은 두 그래프는 전류의 비를 나타내는데, 오른쪽이 비율이 커, 저항비가 크다고 볼 수 있다.

전원이 꺼져도 정보가 보존되는 강유전체 터널소자 원리 규명, 비휘발성 메모리 개발 박차 - 강유전체의 자발분극 방향에 따라 양자역학적 전자의 흐름을 달리하는 터널접합소자의 거대 전극의존성 발견 - 거대전극효과는 강유전체와 전극 사이에 존재하는 양자역학적 에너지 장벽의 차이에 기인함을 규명 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 전자재료연구센터 정두석 박사 연구팀이 독일 킬 대학, 율리히 연구소, 러시아 아이오페 연구소와의 공동연구를 통해 강유전체 터널접합소자의 거대전극효과를 발견, 그 원리를 규명했다고 밝혔다. 전기가 통하지 않는 절연체인 유전체는 상온에서 전압을 흘려주었을 때 내부에 +, - 이온이 쌍을 이루는 전기쌍극자(electric dipole)가 형성되고, 이로 인해 유전체의 +,- 극이 분리되어 메모리로 활용이 가능하다. 유전체는 현재 컴퓨터 하드 드라이브에 저장된 정보를 중앙처리장치(CPU)로 불러오는 DRAM 반도체에 많이 쓰이고 있다. 그러나 유전체는 전압이 사라지면 이러한 성질이 사라지는데 이 때문에 컴퓨터 부팅에는 일정 시간이 소모된다. 유전체 중 전압이 사라져도 +,- 한 쌍의 이온이 사라지지 않는 유전체가 ‘강유전체’이다. 이런 이유로 강유전체는 전기를 꺼도 저장된 정보가 사라지지 않는 ‘자발분극’ 현상이 일어나 비휘발성 메모리 연구에 활발히 쓰이고 있다. 실제로 세계 각국의 반도체 기업은 강유전체 축전기(ferroelectric capacitor)를 이용한 FeRAM 개발을 현재까지 이어오고 있다. ※ 자발분극 : 외부 인가 전기장에 의해 절연체 내 생성된 전기쌍극자가 외부 전기장 제거 후 잔존하는 현상을 의미함. 하지만 FeRAM이 소형화되면 정전용량이 확보를 하기가 어렵다는 단점이 있다. 따라서 현재는 축전기 형태의 강유전체 소자가 아닌 소형화에 유리한 저항을 기반으로 한 강유전체 소자를 이용 메모리소자 구현을 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 연구팀은 3 나노미터 두께의 티탄산바륨 (barium titanate) 단결정 강유전체 박막을 이용하여 터널접합소자를 제작하였다(그림 1). 연구팀은 터널 접합소자 상부에 구리, 금 등의 재료를 전극으로 붙였다. 상부 전극의 재료의 종류에 달리하여 실험을 한 결과 터널접합소자를 통해 흐르는 양자역학적 전자의 흐름이 강유전체의 자발분극 방향에 영향을 받으며 상부 전극물질의 종류에 크게 의존함을 발견하였다. * 양자역학적 전자의 흐름 : 전자는 파동과 입자의 특성을 보이며 파동특성에 의해 두 전극사이에 위치한 강유전체 장벽을 통과할 수 있다. 이 현상을 양자역학적 터널링 효과라 부름. 상부전극이 구리인 터널접합소자의 자발분극 방향에 따른 저항비는 금에 비해 50~60배 이상에 달하는 거대전극효과 (giant electrode effect)를 보였다. 메모리소자의 높은 저항비는 저장된 정보의 읽기과정 시 발생 가능한 오류를 줄일 수 있어 터널접합소자 기반 메모리 개발에 박차를 가할 수 있을 것으로 예상된다. KIST 전자재료연구센터 정두석 박사는 “강유전체 터널접합소자는 향후 디지털 컴퓨터의 비휘발성 메모리, 신경망 모방 컴퓨터의 인공시냅스 소자 등에 활용될 수 있으며”, “학문적, 산업적으로 거대전극효과는 터널접합소자의 특성설계에 중요한 척도로 이용될 가능성이 있다”고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전자재료연구센터 정두석 박사 연구팀에서 진행된 연구로, 강유전체 터널접합소자의 거대전극효과를 최초로 발견하였을 뿐 아니라 현상학적인 원리를 규명하였다. 이번 연구 성과는 Nature Communications에 “Giant electrode effect on tunnelling electroresistance in ferroelectric tunnel junctions” (DOI: 10.1038/ncomms6414)라는 제목으로 11월 17일(월)에 온라인 게재되었다. 이번 연구는 KIST의 K-GRL 기관고유연구사업 지원으로 수행되었다. ○ 연구진: ■ Dr. 정두석, 선임연구원, 전자재료연구센터, KIST ■ Dr. 김성근, 선임연구원, 전자재료연구센터, KIST ■ Dr. Rohit Soni, 박사후 연구원, Christian-Albrechts-Universit？t zu Kiel ■ Dr. Hermann Kohlstedt, 교수, Christian-Albrechts-Universit？t zu Kiel ■ Dr. Nikolay A. Pertsev, 연구원, A. F. Ioffe Physical-Technical Institute of the Russian Academy of Sciences ○ 사진 정두석, 선임연구원, 전자재료연구센터, KIST ○ 관련자료 그림 1 강유전체 터널접합소자의 고해상 투과전자현미경 사진, Cu(구리-상부전극), BTO(강유전체), LSMO(하부전극) 그림 2 좌측: 금 상부전극을 이용한 강유전체 터널접합소자의(위) 강유전 특성과 (아래) 저항 특성. 우측: 구리 상부전극을 이용한 터널접합소자의(위) 강유전 특성과 (아래) 저항 특성. 아래쪽은 두 그래프는 전류의 비를 나타내는데, 오른쪽이 비율이 커, 저항비가 크다고 볼 수 있다.

ARTKIST 레지던시 입주 작가전 ‘예술이 과학을 더(+)하다’ 개최 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 KIST 본원 구름다리 창의문화공간에서 ARTKIST 레지던시 입주 작가들의 지난 1년을 돌아보는 전시회 ‘예술이 과학을 더(+)하다’ 전을 12월 1일부터 2월말까지 개최한다고 밝혔다. KIST는 2013년말 과학자와 예술가의 자연스러운 교감과 소통을 통해 창의·융합문화를 조성하기위해 연구소내에 예술창작 스튜디오인 “ARTKIST 레지던시”를 설치했다. 아울러 KIST는 작품 활동을 펼칠 공간이 부족한 젊은 예술가들에게 1년간 KIST L3 연구동 1층 스튜디오를 무상으로 지원했다. 창의력을 기반으로 독창적 성과를 낸다는 공통점이 있는 과학자와 예술가가 한 공간에 거주하면서 상호 교류하고, 예술가에게는 공간과 창작활동을 지원한다는 취지로 만든 프로그램이다. 지난 1년여간 회화, 설치, 조각, 영상 등 다양한 분야의 7명의 입주 예술가들은 과학기술 종합연구소인 KIST의 다양한 연구부서를 견학하고, 관심분야 과학자 면담, 워크샵 개최, KIST 창의포럼(인문학과 예술강좌) 등에 적극 참여해 작품 영역 확대와 소양 강화를 위해 노력해 왔다. 또한 ARTKIST 레지던시 입주기념 전시회 및 오픈 스튜디오 개최, 과학 상상그리기 대회 및 KIST 가족작품전 심사위원 참여, 연구자를 위한 미술감상교실 강좌 개최 등 과학자들에게 예술적 감성을 키우기 위한 다양한 원내 활동에 참여했다. 작가 개인적으로는 개인전 4회, 그룹전 16회, 해외 개인전, 국내외 아트페어 10여회 참여 등 활발한 외부활동을 펼쳤다. 올 하반기부터는 이번 결과전 준비를 위해 자체 워크샵을 개최하고, 관심분야 과학자와 작품 제작을 위한 기술 자문을 구하는 등 KIST와 과학을 염두에 둔 작품 구상과, 제작에 매진해 왔다. 입주작가들과 세미나와 협의를 진행해 왔던 물자원순환연구단 이석헌 단장은 “연구프로젝트를 진행하며 전공분야인 세부 단위연구에 심혈을 쏟다보면 정작 새로운 테마의 큰 그림(연구기획)을 그리는데 소홀할 수 있는데, 예술가들은 직관적이고 독창적 상상력이 풍부하여 같이 이야기해보면 새로운 생각과 참신한 아이디어를 가지고 있는 경우가 많아 서로 도움을 주고 받을수 있는 여지가 많다” 라고 말했다. 키네틱아트 왕지원 작가는 미래 인류에 대해 과학자들에게 직접 의견을 구하고, 설문지를 보냈다. 이에 대한 답변을 토대로 184개 기어(gear)를 조합하여 생명의 근원인 물의 이미지를 형상화하였다. 구동되어지는 물결무늬의 기어는 과학과 예술의 유기적 결합을 의미한다. 왕작가는 기술적 지원은 물론이고 과학의 발전과 인간의 미래에 대해 과학자들의 생각이 많이 궁금했는데 ARTKIST 레지던시 입주를 통해 자기분야의 전문가인 과학자들의 의견을 접할 수 있어 이번 전시작품 제작에 많은 도움이 되었다”며, “앞으로의 작업방향 설정에도 좋은 길잡이가 될 것같다”며 고마움을 표현했다. 홍승태 작가는 극사실 인체 조각을 하는 작가이다. 작업시간이 많이 소요되는 한계를 극복하고자 시각적으로 다양한 표현을 할 수 있는 영상을 활용한 매핑기술을 입체조각에 적용시켰다. 홍작가는 이런 작품 아이디어를 KIST 영상미디어연구센터와의 협력을 통해 가질 수 있었으며, 극사실과 팝아트를 접목하여 대중에게 보다 쉽게 다가갈 수 있는 이미지를 사용했다. 전시회에 참가하는 다른 작가인 김은옥(김시현) 작가는 300호 캔버스 위에 전통보자기를 극사실로 표현하고, KIST가 개발한 휴머노이드 로봇인 마루, 아라의 이미지를 첨가해 전통과 현대의 새로운 만남을 시도했다. 이병권 KIST 원장은 “과학자와 예술가의 교류하면서 서로에게 도움을 주고 받을수 있는 가능성을 ARTKIST 레지던시를 통해 발견한 것이 가장 큰 의미”라고 생각한다며, “이번 전시가 기폭제가 되어 과학자와 예술가가 서로 창의적 시각과 발상을 자신의 영역에 새롭게 적용해 보는 새로운 기회가 많아지기를 희망한다”고 말했다. o 문의: KIST 문화확산팀(T.958-6045), 홍보팀(T.958-6313) <용어설명> o 아트 레지던시(Art Residency) : 일반적으로 미술창작스튜디오로도 불리며, 아트 스튜디오(Art Studio)라는 이름으로도 운영되고 있다. 해외에서는 아티스트 커뮤니티, 아트 콜로니, 아트 빌리지 등으로도 운영되고 있으며, 가장 일반적으로 아티스트 인 레지던스 프로그램으로 일컬어진다. 이러한 아트 레지던시는 그 이름으로 알 수 있듯, 예술가들이 함께 거주하면서 창작활동을 할 수 있도록 하는 공간지원 및 창작 지원 프로그램이다.

KIST, 이상배 박사 美 광학회 펠로우(석학회원) 선정 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 광전융합시스템 연구단 이상배 책임연구원이 미국 광학회(OSA)의 최고 영예 회원인 펠로우(석학회원)"에 선정됐다고 밝혔다. 미국 광학회는 1916년 설립된 이래 80여 개국 1만8천여명의 회원이 활발한 연구를 벌여 광학분야에서 권위를 인정받고 있는 학회이다. 이중 매년 약 전체 회원의 0.4%의 회원에게만 펠로우가 수여된다. 이 박사는 1985년 KIST 연구원으로 입사한 이래 30년간 국내외에 걸쳐 300여 편이상의 논문을 발표하는 등 왕성한 연구를 해왔으며 미국 광학회 펠로우 선정심사에서는 광통신과 광센서 분야에 응용되는 광섬유 격자와 광섬유 레이저등 광소자 기술 개발에 대한 공로를 인정받았다.