KAIST 조길영 교수 연구팀은 DGIST 화학물리학과 김영욱 교수 연구팀의 공동연구를 통해, 그래핀과 같은 초박막 물질을 적층하는 방식만으로 전기로 정보를 저장하고 삭제할 수 있는 새로운 메모리 원리를 발견했다고 밝혔다. 이번 성과는 초저전력 전자소자와 미래 양자컴퓨터 핵심 부품 개발에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다.

DGIST 김소연 박사·김영욱 교수, KAIST 조길영 교수

스마트폰과 컴퓨터 등 전자기기가 더욱 얇고 가벼워지기 위해서는 반도체 부품의 획기적인 소형화가 필수적이다. 그러나 기존 정보 저장 소재인 강유전 물질은 두께가 얇아질수록 성능이 급격히 저하되거나 공정이 복잡해지는 한계가 있어, 새로운 대안 기술에 대한 연구가 지속돼 왔다.

연구팀은 강유전성이 없는 물질들을 조합해 인공적으로 강유전성을 구현하는 새로운 접근법을 제시했다. 그래핀과 ‘α-RuCl₃’ 사이에 원자 수준의 절연체인 육방정 질화붕소(hBN)를 삽입한 샌드위치 구조를 제작한 결과, 계면에서 전하가 재배열되며 전기 쌍극자가 자연스럽게 형성돼 강유전 물질과 유사한 메모리 특성이 나타나는 것을 확인했다. 이를 통해 전기 신호만으로 정보의 기록과 삭제가 가능함을 입증했다.

해당 소자는 영하 약 243도(30 K) 부근의 극저온 환경에서 가장 안정적으로 작동했으며, 전원을 차단해도 저장된 정보가 5개월 이상 유지되는 우수한 비휘발성 특성을 보였다. 또한 자기장이나 방향의 영향을 받지 않고 전기적 제어만으로 작동해 기존 방식보다 안정성과 효율성이 뛰어난 것으로 나타났다.

김영욱 교수는 “이번 연구는 구조적 변형 없이 단순한 적층만으로 새로운 전기적 물성을 구현했다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “극저온 환경에서 구동되는 양자컴퓨터용 메모리 소자와 초절전 차세대 반도체 기술 개발에 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구에는 DGIST 화학물리학과 김소연 박사가 제 1저자로 참여했으며, 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 2026년 1월 6일 자로 게재됐다. 본 연구는 한국연구재단과 기초과학연구원 등의 지원을 받아 수행됐다.