(Credit: CC0 Public Domain)
현재 데이터 저장 매체는 HDD 같은 자기 기록 시스템에서 SSD 같은 반도체 기반 저장 장치로 급격히 쏠리고 있습니다. 하지만 그렇다고 해서 HDD나 자기 테이프가 할 일이 없어진 것은 아닙니다. 역설적으로 엄청난 양의 데이터가 생성되면서 HDD나 자기 테이프에 기록되는 데이터의 양도 폭발적으로 증가하고 있습니다. 과거와 다른 점은 이제는 소비자용 보다 데이터 센터용 제품의 비중이 커졌다는 점입니다.
HDD 업계와 자기 테이프 제조사들은 계속해서 고용량 데이터를 저장하기 위해 노력하고 있지만, 이미 자기 기록 데이터의 물리적 크기는 미세한 반도체 회로 선폭과 비슷한 50nm까지 감소했습니다. (5,7nm 공정이라고 해도 실제 회로 선폭은 수십nm) 따라서 갈수록 더 작은 면적에 기록을 저장하기가 어려워지고 있습니다.
오하이오 주립 대학의 연구팀은 이 한계를 극복하기 위해 전통적인 자기 물질 대신 새로운 자기 물질인 망간 게르마나이드 (manganese germanide, MnGe)를 연구하고 있습니다. 최근 연구팀은 저널 사이언스에 망간 게르마나이드의 자기 패턴을 주사 터널링 현미경 (Scanning tunneling microscope)을 이용해 원자 수준까지 분석한 결과를 발표했습니다.
망간 게르마나이드 자기 입자의 크기는 매우 작아서 구체적으로 어떤 자성 패턴을 띄는지 이해하기가 쉽지 않았습니다. 연구팀은 최신 주사 터널링 현미경 기술을 이용해 마치 고슴도치 같은 표면 자기 구조를 확인했습니다. 흥미롭게도 자성을 띤 망갈 게르마니아드 입자는 전체적인 구조가 DNA 같은 나선 구조를 띤다고 합니다. 연구팀은 여러 가지 자기 정보로 해석할 수 있는 패턴들 (hedgehogs, anti-hedgehogs, skyrmions and merons)을 확인했습니다.
망간 게르마나이드 자기 입자의 크기는 10nm 수준에 불과해 이론적으로 현재의 하드디스크보다 25배 이상 큰 데이터를 저장할 수 있습니다. 500TB급 하드디스크도 가능하다는 이야기입니다. 다만 현재는 기초 연구 단계로 실제 상용화는 가능하다고 해도 먼 미래의 일이 될 것입니다. 과연 HDD가 페타바이트 용량도 넘어서는 날이 올지 궁금합니다.
참고
https://phys.org/news/2021-12-magnetic-hedgehogs-big-small-space.html
Jacob Repicky et al, Atomic-scale visualization of topological spin textures in the chiral magnet MnGe, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abd9225
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