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전자기술을 위한 차세대 배터리

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글쓴이 최고관리자 등록일 13-04-26 17:39
조회 787
    저항 메모리 셀은 차세대 컴퓨터의 메모리를 위한 유망한 솔루션으로 인식되고 있다. 그것은 컴퓨터 성능을 상단히 향상시키면서 동시에 에너지 소모를 크게 줄여준다. 이제 이 새로운 메모리셀이 단순히 수동적인 전자부품이 아닌 작은 배터리로 작동할 수 있다는 연구 결과가 발표되어 새로운 응용을 위한 무한한 가능성이 제시되었다. 전통적인 하드 디스크 드라이브 및 메모리를 구성하는 기본요소와는 달리, 이런 새로운 메모리 셀은 순수한 수동 부품이 아니라 미세한 배터리로 간주되어야만 한다.

    이것은 줄리흐 아헨(Julich Aachen) 연구소의 연구진에 의해 시연되었다. 이들의 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션 저널에 발표되었다. 이 새로운 발견은 근본적으로 현재 이론을 수정해야 하며 더 많은 응용 가능성을 열어주었다. 이들 연구 그룹은 이미 배터리 전압의 도움으로 어떻게 데이터 읽기를 향상시킬 수 있는지에 대한 그들의 첫 번째 아이디어에 대해서 특허 출원하였다.

    전통적인 데이터 메모리는 주위를 움직이고 저장되는 전자들에 기반하여 작동한다. 그러나 원자 크기에 비해서 전자들은 매우 작다. 따라서, 예를 들면 시간이 경과함에 따라 정보를 잃지 않게 하기 위해서 비교적 두꺼운 절연체 벽에 의해서 그것들을 제어하는 것은 매우 어렵다. 이것은 저장 밀도만을 제한하는 것이 아니다. 그것은 또한 막대한 에너지를 소모한다. 이런 이유로, 연구진은 데이터를 저장하기 위해서 대전된 원자인 이온들을 이용하여 나노전자 부품을 만들고자 하는 연구를 수행하고 있다. 이온은 전자보다 수천 배 더 무겁고 따라서 더 쉽게 제어될 수 있다. 이런 방식으로, 개개의 저장 요소들이 원자 차원으로 축소될 수 있으며, 이것은 저장밀도를 크게 향상시킬 수 있다.

    저항 스위칭 메모리 셀에서, 이온들은 비슷한 방식으로 나노미터 스케일 상에서 배터리로 기능한다. 셀은 두 개의 전극을 가지고 있다. 예를 들면 은과 플라티늄으로 만들어진 전극과 같은 것들이다. 이것들에서 이온은 용해되고 다시 침전된다. 이것은 전기 저항을 변화시키고, 데이터 저장에 사용될 수 있다. 더구나 축소 및 산화 프로세스는 다른 효과를 가진다. 그것들은 전기적 전압을 발생시킨다. 저항 스위칭 메모리 셀은 따라서 단순히 수동 시스템이 아니다. 그것들은 또한 능동적인 전기 화학 부품이 될 수 있는 것이다. 그 결과, 그것들은 미세한 배터리로 간주될 수 있으며, 그것들의 특성은 차세대 데이터 저장의 정확한 모델링과 개발을 위한 핵심적인 역할을 제공하여 준다.

    복잡한 실험에서, 이들 과학자들은 저항 스위칭 메모리 셀을 전형적으로 나타내는 배터리 전압을 측정하고 그것을 이론치와 비교하였다. 이런 비교는 이전에는 알려지지 않았던 새로운 특성이 나타나게 하였다. 이전에, 저항 스위칭 메모리 셀에서 배터리 전압의 존재는 자체적으로 명백하였다. 그러나 이들 연구진은 9개월에 거친 논문의 리뷰 프로세스 동안에, 저항 스위칭 메모리 셀에서 배터리 전압은 세 가지 다른 기본적인 원인을 가지고 있으며 정확한 원인을 밝히는 것은 쉬운 일은 아니라는 것을 알았다고 말하였다.

    이 새로운 발견은 매우 중요하다. 특히 메모리 요소의 이론적 기술에 중요하다. 지금까지, 저항 스위칭 메모리 셀은 메모리와 저항을 합친 단어인 멤리스터(memristor)의 개념으로 기술되었다. 멤리스터의 이론적 개념은 1970년대 Leon Chua에 의해 정립되었다. 그것은 2008년 IT 회사인 휴렛 패커드사에 의해서 처음으로 저항 스위칭 메모리 셀에 적용되었다. 그것은 전기 저항을 바꿈으로써 영구적인 정보의 저장을 목표로 하였다. 멤리스터 이론은 중요한 제한을 유도하였다.

    그 이론은 수동적인 부품에만 한정되어 적용될 수 있었다. 시연된 저항 스위칭 메모리 셀의 내부 배터리 전압은 분명이 멤리스터 이론의 수학적 공식에 위배되었다. 따라서 이 이론은 새로운 이론으로 확장되어 저항 스위칭 메모리 셀은 정확하게 기술되어야 한다고 연구진은 말하였다. 그렇게 될 경우, 새로운 이론은 모든 마이크로 및 나노전자기술 칩의 개발을 완전히 새로운 기반으로 올려 놓게 될 것이다.

    이 새로운 발견들은 저항 스위칭 메모리 셀 연구의 중심 문제를 해결하는데 도움을 줄 수 있을 것이라고 연구진은 말하였다. 이 새로운 연구로, 저항 스위칭 메모리 셀의 최적화된 디자인이 가능하고 완전히 새로운 응용을 위한 셀의 배터리 전압을 이용할 수 있는 새로운 방법을 발견하는 것도 가능해질 것이라고 연구진은 덧붙였다.

    첨부그림: 저항 저장 셀의 구조: 전압이 두 개의 전극 사이에 축적되어 저장 셀은 작은 배터리로 간주될 수 있다. 작동 중에 증착되어 형성된 필라멘트는 배터리 특성을 바꿀 수 있다.

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