연세대학교 스핀소자연구실

연세대학교 신소재공학과

스핀소자연구실

Spintronic Materials and Devices Laboratory

연구 분야

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스핀소자연구실 연구 분야 개요도. Spintronics, Graphene-Spin, Unique Nano-Devices 세 분야와 각 분야의 대표 성과를 정리한 그림.

01

스핀트로닉스 소재 · 소자

자성·비자성 다층 박막에서 spin을 제어합니다. ion irradiation과 전압으로 계면을 설계해 magnetization reversal 전류와 시간을 줄이고, 이를 SOT-MRAM array 기반 PIM 소자로 잇습니다.

  • 입체 도해. 남색 기판 위 회색 배선에 얹힌 자성층이 좌우로 갈려, 왼쪽은 진한 붉은색으로 자화 화살표가 수직으로 서 있고 오른쪽은 연한 붉은색으로 화살표가 기울어 있다. 오른쪽 위에서만 굵은 주황 화살표가 내려오고, 배선을 따라 검은 전류 화살표가 지난다.Field-free SOT switching한쪽만 조사해 symmetry를 깨면 보조 자기장 없이 전류만으로 자화가 반전된다
  • 전지가 CoFeB · MgO · CoFeB 세 층에 회로로 물려 있고, MgO 아래 계면에 Mg 원자가 한 줄로 늘어서 있다.Voltage-controlled magnetic anisotropygate voltage가 MgO/CoFeB 계면의 산소 배위를 바꿔 magnetic anisotropy를 조절한다ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 42296 (2017)
  • 원판 모양 자유층의 자화 지도. 가운데가 붉고 바깥이 푸르며, 화살표들이 중심을 둘러싸고 소용돌이를 이룬다.Precessional switchingspike pulse가 유도한 precession으로 나노초 이하에서 자화가 반전된다Appl. Phys. Lett. 110, 232401 (2017)
  • 크로스바 어레이 회로도. 가로줄로 데이터가 들어가고 격자마다 저항 소자가 놓여 있으며, 세로줄 끝의 변환기로 결과가 나온다.In-memory computingMRAM crossbar array에서 multiply-accumulate 연산이 열 단위로 수행된다
  • 2022 Adv. Sci.
  • 2020 Sci. Rep.
  • 2017 ACS Appl. Mater. Interfaces

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02

이차원 소재 · 소자

그래핀을 hydrogenation 해 전자·표면 물성을 제어합니다. etching 없이 원하는 영역만 바꿔, 한 장의 시트 위에 서로 다른 물성 영역을 만듭니다.

  • 왼쪽은 육각으로 늘어선 점들의 전자 회절 무늬, 오른쪽은 원자 하나하나가 벌집으로 보이는 고분해능 전자현미경 상.Lattice integritySAED와 HRTEM에서 hydrogenation 후에도 격자가 유지된다Nat. Commun. 7, 13261 (2016) · CC BY
  • 현미경 상. 마름모꼴 점선으로 나뉜 영역 가운데 수소화된 쪽에만 작은 물방울이 빽빽하게 맺혀 있다.Wettability patterninghydrogenation 영역과의 wettability 대비를 따라 응결 패턴이 형성된다Nano Lett. 20, 5951 (2020)
  • 장갑 낀 두 손이 무지개빛으로 비치는 투명한 그래핀 필름을 휘어 들고 있다.Transparent flexible circuitryetching 없이 화학적으로 패터닝해 bending에서도 전도 경로가 유지된다Chem. Mater. 33, 574 (2021)
  • 주사전자현미경 상. 백금 전극의 두꺼운 단차 위를 얇은 그래핀 막이 주름 없이 덮으며 넘어간다.Bottom-electrode contactbottom electrode의 단차 위로 그래핀이 끊기지 않고 덮여 contact resistance를 낮춘다Adv. Mater. Interfaces 9, 2102207 (2022)
  • 2016 Nature Commun.
  • 2020 Nano Letters (표지)
  • 2022 Adv. Mater. Interfaces (표지)

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03

비파괴 나노패터닝 · 계면 공학

저에너지 proton을 조사해 맞은 영역만 local phase transformation을 일으킵니다. 물질을 제거하지 않고 물성만 바꿔 표면 평탄도가 유지됩니다.

  • 다층 박막 단면 입체도. 위에서 굵은 화살표로 그린 양성자가 마스크 구멍을 통과해 층을 뚫고, 맞은 자리의 산소 원자가 위로 빠져나간다.Proton irradiation조사 영역에서 산소가 이탈하며 oxide가 metal로 환원된다Nat. Nanotechnol. 7, 567 (2012)
  • 자기력현미경 상. 주황빛 바탕에 어두운 사각형 자성 영역이 가로세로 격자로 규칙적으로 늘어서 있다.Ferromagnetic nano-island array표면은 평탄한 채로 막 안에만 자성 구조가 규칙적으로 생긴다ACS Nano 8, 4698 (2014)
  • 원자 모형 두 개. 위는 산화 코발트라 파랑·빨강·흰 원자가 섞여 있고, 아래는 환원된 코발트라 빨간 원자만 팔라듐 격자에 맞춰 늘어서 있다.Pseudomorphic interface환원된 Co가 하부 Pd 격자에 pseudomorphic하게 성장한다Adv. Sci. 9, 2201749 (2022) · CC BY
  • 2012 Nature Nanotech.
  • 2014 ACS Nano

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소식

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최근 저널 논문

목록 전체
  • 2022Giant orbital anisotropy with strong spin-orbit coupling established at the pseudomorphic interface of the Co/Pd superlattice, The paper is finally accepted on Advanced Science (Impact factr:16.81) after 8-year hard working. [2022.05]
  • 2022New record high thermoelectric ZT of delafossite-based CuCrO2 thin films obtained by simultaneously reducing electrical resistivity and thermal conductivity via heavy doping with controlled residual stress, as a co-arthor, Applied Surface Science, vol.583, p.152526 [2022]
  • 2022A Bottom-Electrode Contact: The Most Suitable Structure for Graphene Electronics, Adv. Mater. Interfaces, vol.9, p.2102207 [2022] Selectied as the Cover Image
  • 2022Damage-free hydrogenation of graphene via ion energy control in plasma, Applied Physics Express vol.15, p.015002 [2022]
  • 2021Enhanced Spin-to-Charge Conversion Efficiency in Ultrathin Bi2Se3 Observed by Spintronic Terahertz Spectroscopy, as a co-arthor, ACS Appl. Mater. Interfaces, vol.13, p.23153 [2021]

연구단 · 국가과제

스핀로직소자 연구단

단장

과학기술정보통신부 지능형반도체 사업

자구벽 제어 기반 초저전력 PIM 단위소자 연구단

연구책임자

과학기술정보통신부 PIM 인공지능반도체 핵심기술개발 사업

SOT-MRAM 연구단

총괄책임자

과학기술정보통신부

인공지능 MRAM 연구실

국가반도체연구실 지정 (2023)

과학기술정보통신부