[헤럴드경제=이태형 기자] 삼성의 삼성미래기술육성사업 지원 사업이 더 나은 세상을 위한 기술 진보의 발판이 되고 있다. 삼성미래기술육성사업 지원을 받은 차세대 반도체, 2차 전지와 같은 미래 부품 소재 연구 과제가 세계적인 학술지에 잇따라 게재되는 등 지속적인 성과를 내며 주목받고 있다. 지난 2013년부터 시작된 삼성미래기술육성사업 지원 프로그램이 민간 차원에서 한국 기초 과학 발전을 이끄는 든든한 후원자의 역할을 충실히 수행하고 있다는 평가가 나온다.

고려대 신소재공학부 이경진 교수

▶‘차세대 자성 반도체(MDW-MRAM) 소비전력 95% 절감 기술’ 높은 전력소모 문제 해결 가능성 제시= 고려대 신소재공학부 이경진 교수 연구팀은 국제공동연구(일본 교토대 테루오 오노(Teruo Ono) 교수, 미국 미주리(Missouri)대 김세권 교수, 카이스트 김갑진 교수 등)를 통해 새로운 자성소재를 적용해 MDW(Magnetic Domain Wall)-MRAM의 소비 전력을 95% 이상 절감할 수 있는 원천기술을 세계 최초로 개발했다.

전력을 공급하지 않아도 데이터를 장기간 저장할 수 있도록 DRAM의 단점을 개선한 MDW-MRAM은 고밀도 데이터 저장을 위해 필요한 구동 전류가 높은 것이 지적돼 왔다. 이경진 교수 연구팀은 기존에 사용돼 왔던 강자성(Ferromagnets) 소재를 새로운 페리자성(Ferrimagnets) 소재로 변경했다. 이를 통해 스핀 전달 효율이 20배 정도로 커져 구동 전류 효율이 20배 이상 개선됨을 확인했고, 소비전력을 기존 대비 95% 이상 절감시킬 수 있는 돌파구를 제시했다.

이경진 교수는 “이번 연구결과는 차세대 MDW-MRAM 기술의 중요한 난제였던 높은 전력소모 문제를 해결할 수 있는 가능성을 보여줬다는 것에 큰 의미가 있다”고 말했다. 또 “MRAM은 비휘발성, 고밀도, 저전력을 동시에 만족하는 특성이 있어 AI, 자율주행, IoT 등 향후 4차 산업혁명 기술발전에 있어 파급 효과가 있을 것으로 기대된다”고 덧붙였다.

이 연구 결과는 18일(현지시간) 세계적인 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 발표됐다.

▶‘2차 전지 충전용량 한계 극복 기술 개발’ 연구, 2차 전지 양극 소재 개발에 새로운 돌파구 제시= 성균관대 윤원섭 교수와 고려대 강용묵 교수 공동 연구팀은 2차 전지 충전용량의 한계를 극복할 수 있는 기술 개발에 성공했다.

2차 전지 충전용량 기술 개발에 성공한 공동 연구팀. 왼쪽부터 동국대 조미루 박사, 성균관대 김윤옥 박사, 동국대 양정훈 박사, 성균관대 정미희 박사과정, 성균관대 윤원섭 교수, 고려대 강용묵 교수

현재 2차 전지에 사용되고 있는 양극 소재는 전기를 운반하는 양이온층과 금속산화물층이 교대로 적층된 형태의 구조물이다. 전지 충방전 과정에서 일정량 이상의 양이온이 움직이게 되면 층간 구조가 무너져 회복되지 않는 성질이 있다.

공동 연구팀은 망간계 산화물인 버네사이트(Birnessite)를 이용하면 층과 층 사이에 존재하는 결정수(crystal water)의 양과 위치에 따라 층간 구조적 특징을 제어할 수 있다는 점에 착안, 충방전 과정에서 발생하는 구조 변화를 가역적으로 만들어 충전용량을 100% 활용할 수 있는 가능성을 보여줬다.

윤원섭 교수는 “이번 연구결과는 충방전 과정에서 발생하는 양극 소재의 구조 변화를 근본적으로 뛰어넘을 수 있는 새로운 패러다임을 최초로 제시한 연구 결과”라고 말했다.

강용묵 교수는 “가역적인 구조변화가 다양한 적층 소재에 확대 적용될 수 있다면 이론적 한계에 거의 도달한 2차 전지 양극 소재 개발에 박차를 가할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이 연구 결과는 지난 2일 세계적인 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 발표됐다.

▶삼성 2013년부터 10년간 1조5000억원 지원…534개 과제 6852억원 집행= 삼성은 2013년 8월 삼성미래기술육성재단(기초과학)과 삼성전자 미래기술육성센터(소재, ICT)를 설립해 민간기업으로서는 국내 최초의 연구지원사업을 진행해 왔다. 2022년까지 10년간 총 1조5000억원을 미래 과학기술 연구에 지원된다. 현재까지 총 534개 과제에 6852억원이 지원됐다.

이번에 결실을 맺은 ‘차세대 자성 반도체(MDW-MRAM) 소비전력 95% 절감 기술’ 연구는 2017년 12월 삼성미래기술육성사업 지원과제로 선정됐고, ‘2차 전지 충전용량 한계 극복 기술 개발’ 연구는 2017년 6월 연구지원 과제로 선정돼 지원을 받았다.

앞서 지난 6월에는 서울대 전기정보공학부 한승용 교수팀이 미국 국립 고자기장연구소(National High Magnetic Field Laboratory)와 공동으로 진행한 연구(2018년 6월 삼성미래기술육성사업 과제 선정)에서 ‘무절연 고온 초전도 자석(No-Insulation High Temperature Superconductor Magnet)’을 이용해 직류 자기장 45.5 테슬라(Tesla)를 기록했다. 이는 지난 20여년간 넘지 못했던 직류 자기장 세계 최고 기록(기존 44.8 테슬라)을 경신했다는 점에서 의미가 크다.

삼성 관계자는 “앞으로도 미래기술육성사업을 통해 국가에서 지원하기 어려운 창의적이고 도전적인 연구 과제를 지원함으로써 국가 과학기술 수준을 한층 높여 미래기술 경쟁력 확보에 매진할 것”이라고 말했다.

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