킬 대학(Kiel University)과 보훔 루르대학(Ruhr Universitat Bochum)의 연구진은 이온을 사용해서 정보를 저장하고 전자들을 사용해서 데이터를 판독할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 이것은 저장 셀의 크기를 원자 크기로 감소시킬 수 있다. 그러나 이것이 이 새로운 기술의 유일한 장점은 아니다. 이 연구결과는 저널 Scientific Reports에 게재되었다. 

단기 또는 장기로 정보를 저장하는 것은 중요하다. 현대의 컴퓨터는 비트(Bit) 단위로 운영되고 있고, 이것은 지난 10년 동안에 놀라운 성능 향상이 이루어졌다. 이런 성능 향상은 더 빠른 프로세서와 더 큰 저장 공간 때문에 가능했다. 표준 메모리 장치들은 전압의 인가로 인해서 이동되는 전자들을 기반으로 한다. 이런 원리에 따르면, 더 작고 더 에너지 효율적인 저장 장치의 개발은 점점 더 한계에 접근하고 있다. “컴퓨터는 단지 한 개의 저장장치를 가진 것이 아니라 몇 개의 최적화된 저장 장치들을 가지고 있다. 각각의 저장 장치 간에 데이터를 이동하는 것은 상당한 시간을 필요로 하지 않는다”고 이 연구를 이끌었던 Hermann Kohlstedt가 말했다. 이것은 전 세계의 연구소와 회사들이 더 효율적이고 보편적인 병렬 저장장치를 개발하는 이유이다. 

이를 위해서, 과학자들은 전자 기반의 저장 방법을 전하 기반의 저장 방법으로 변화시키기를 원하고 있다. 이번 연구진은 이와 같은 방법을 조사했다. 이것은 소위 고체 이온 전도체(전이 금속 산화물)에 의해서 분리된 두 개의 금속 전극으로 구성된다. 전압이 인가되면, 저장 셀의 옴 저항은 변한다. 이것은 전극 위의 산화 및 환원 프로세스와 배치된 층 속의 이온에 의해서 발생된다. 이것의 장점은 이런 방석으로 구성된 셀이 쉽게 제조될 수 있고 거의 원자 크기로 감소될 수 있다는 것이다. 

과학자들은 인가된 전압에 의해서 셀 속의 이온 밀도를 정밀하게 설정함으로써 긴 저장 시간을 달성했다. “전기 및 이온 효과를 분리할 필요가 있기 때문에 어려운 문제”라고 Mirko Hansen은 말했다. “전자들은 이온보다 거의 1000 배 더 가볍고 그들은 외부 전압의 영향 하에서 훨씬 더 쉽게 움직인다. 우리는 이것을 성공적으로 활용할 수 있었다. 이온들은 지극히 낮은 전압에서 고정되어 있지만, 전자들은 이동할 수 있기 때문에 전자 상태를 판독하는데 사용될 수 있다”고 Hansen은 덧붙였다. 

이번 연구진은 이온 전도체를 만들었다. 이것은 저장 셀을 통해서 양자-기계적 효과를 활용하도록 몇 나노미터로 매우 얇았다. “터널 효과는 매우 낮은 에너지일 때 매우 얇은 층을 통해서 전자들이 움직일 수 있게 한다”고 Martin Ziegler가 말했다. 명확하게 말하면, 이온들은 1볼트 이상의 전압에서 저장 셀 내로 움직이고, 반대로 전자들은 1볼트 이하의 전압에서 움직인다. 이온들은 저장하는데 사용되고 전자들은 판독하는데 사용된다. 

이 새로운 저항 기반의 저장 장치들은 뇌 구조를 시뮬레이션할 수 있다. 거대한 병렬 데이터 처리를 가진 빠른 패턴 인식 및 낮은 에너지 소모는 혁신적인 컴퓨터 구조를 가능하게 할 수 있다. “이것은 산업 4.0과 같은 용어처럼 혁신을 위한 새로운 영역을 열 수 있을 것이다. 산업 4.0은 자동 로봇과 스스로 운전하는 자동차 등을 구현하는 것”이라고 이번 연구진은 설명했다. 이 연구결과는 저널 Scientific Reports에 “A double barrier memristive device”라는 제목으로 게재되었다(?doi:10.1038/srep13753). 

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』