GIST 조병기교수팀, 신개념 자기센서 개발

박사과정에서 수학하고 있는 한 학생이 기존의 자기센서(magnetic sensor)와는 공정상 획기적으로 다른 새로운 개념의 자기센서를 개발해 우수논문으로 선정되는 등 해외 학계의 주목을 받아 화제다. 새로 개발된 자기센서는 바이오칩 등 첨단산업분야에 매우 큰 파급효과를 미칠 것으로 전문가들은 평가하고 있다.

13일 광주과학기술원(GIST, 원장 허성관)에 따르면 신소재공학과 박사과정에서 수학하고 있는 장영만(張榮萬, 27, 지도교수 조병기, 사진)씨는 새로운 개념의 자기센서의 개발에 성공, 주저자로서 연구논문을 미국에서 발간하는 물리학분야의 세계적 학술지인 ‘응용물리학회지’(Applied Physics Letters, Vol 89, 163119, 2006.9)에 발표했다.(논문제목 : 초상자성과 산화마그네슘 자기 터널 접합을 이용한 새로운 자기 센서(Magnetic field sensing scheme using CoFeB/MgO/CoFeB tunneling junction with superparamagnetic CoFeB layer))

장씨의 논문은 다시 지난달 30일자에 VJNST(Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology)에 선정되는 영예를 안았다. 미국 과학연구소(American Institute of Science)와 물리학회(American Physical Society)가 운영하는 이 학술지는 미국 내 여러 유명 저널에 발표된 논문 중에서 우수한 논문들을 따로 선정, 매주 발표하는 학술지이어서 논문의 우수성을 방증해주는 역할을 하고 있다.

일반적으로 자기센서는 하드디스크, 바이오칩(용어설명 : 생물의 효소, 단백질, 항체, DNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 그리고 신경 세포 등과 같은 생체 유기물과 반도체 같은 무기물을 조합하여 기존의 반도체 칩 형태로 만든 혼성 소자(Hybrid Device)), 자동차내의 위치 및 속도 센서 등에 주로 응용되고 있다. 특히 최근에는 바이오칩에 적용을 위한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 하지만, 바이오칩에 적용되는 기존의 자기센서는 교차자화형태(용어설명 : 고정층(pinned layer)과 감지층(sensing layer)이 직교하는 형태의 자기센서)를 이용하고 있어, 복잡한 디자인, 높은 소비전력, 실리콘 칩에 집적화의 어려움 등 개선해야 할 점이 많았다.

장씨는 이같은 문제점을 일으키는 교차자화형태를 이용하지 않고, 대신에 감지층에 초상자성(superparamagnetism, 용어설명: 초상자성은 자성입자의 크기가 작아지면서 수많은 전자스핀들이 하나같이 움직이는 거대자성 상태를 의미함)을 활용했다. 초상자성을 이용한 자기 센서는 교차자화형태를 이용하지 않는 다른 센서들과 비교했을 때도 더 높은 자기 감도율(sensitivity)를 나타낸 것으로 보고돼, 기존의 문제점들을 해결할 대안으로 기대를 받아왔다.

지금까지 감지층으로 초상자성을 이용하려는 연구는 많았으나, 다층박막(multilayer)에 초상자성을 가진 자성층을 형성시키는 것이 풀어야 할 난제였다.

장씨는 산화마그네슘(MgO)위에 코발트(Co)나 철(Fe)이 1nm(나노미터=10억분의 1m) 두께 아래로 증착될 때, 나노입자로 쉽게 존재할 수 있는 성질과 최근에 많이 연구되고 있는 산화마그네슘 자기 터널 접합을 활용해 새로운 개념의 자기센서를 개발한 것이다.

장씨의 지도교수이며 이번 연구의 교신저자 역할을 한 조병기 교수는 “이 연구의 핵심기술은 응용가능 분야가 광범위하기 때문에 경제적 파급효과를 현재로서는 정확히 알 수 없다”고 전제하면서도 “일차적으로는 4년 후에는 145억 달러 규모의 세계 시장으로 성장할 것으로 전망되고 있는 바이오칩 분야 그리고 의료, 식음료, 선박 및 항공산업, 군사 등 광범위한 분야에서 핵심 기술로 발전할 수 있어 경제적 파급효과뿐만 아니라 사회적, 기술적으로도 적지 않은 영향을 미칠 것으로 생각한다.”고 말했다.

이 연구는 과학기술부 테라급나노소자 개발사업단의 지원을 받아 이뤄졌다.