자기 기록 데이터 밀도를 100배 높일 수 있는 단분자 자성 물질

(A new molecule based on the rare earth element Dysprosium could could pave the way for next-gen hardware about the size of a postage stamp that can store 100 times more digital data than current tech. Credit: Jamie Kidston/ANU)

현재도 대용량 데이터를 저장하기 위해 가장 널리 사용되는 방식은 하드디스크나 자기 테이프입니다. 낸드 플래시 메모리를 이용한 SSD가 빠르기는 하지만 아무래도 비싸기 때문에 더 저렴한 백업 방식이 필요하기 때문입니다.

자기 저장 기술은 매우 작는 크기의 자성 물질에 데이터를 기록합니다. 그런데 이 역시 크기가 매우 작아지면서 미래에는 결국 기술적 한계에 도달할 것으로 예상되고 있습니다. 반도체처럼 결국 분자 단위 기술이 주목받는 이유입니다.

과학자들은 이전부터 자성을 띄는 한 개의 분자인 단분자 자성 물질 single-molecule magnets (SMM)에 주목해 왔습니다. 이론적으로 하나의 분자에 0,1의 디지털 데이터를 저장할 수 있기 때문에 저장 용량을 획기적으로 높일 수 있기 때문입니다. 사실 자기 저장 장치의 궁극의 형태라고 할 수 있습니다.

하지만 SMM에는 사실 중요한 단점이 있습니다. 바로 초전도체처럼 극저온 환경에서만 작동을 보장한다는 것입니다. 현재 주로 연구되고 있는 SMM 물질인 디스프로슘 (Dysprosium)은 80K (-193 °C)에서 자성을 잃습니다.

호주 국립대학 (ANU)와 영국 맨체스터 대학의 연구팀은 더 높은 온도에서도 작동할 수 있는 디스프로슘인 1-Dy을 개발했습니다. 희토류 원자를 질소 원자 사이에 일렬로 배치하는 독특한 분자 구조 덕분에 1-Dy는 기존보다 20도 높은 100K (-173 °C)의 온도에서도 작동이 가능합니다.

물론 아직 상용화까지는 다소 시간이 필요하겠지만, 고온 SMM이 개방되면 자기 데이터 기록 밀도는 100배 정도 증가할 수 있을 것으로 예상하고 있습니다. 예를 들어 제곱 센티미터에 3TB를 저장할 수 있기 때문에 페타바이트급 하드디스크가 가능할지도 모릅니다. 과연 상용화에 성공할 수 있을지 주목됩니다.

참고

https://newatlas.com/technology/dysprosium-molecule-100x-storage/

Emerson-King, J., Gransbury, G.K., Atkinson, B.E. et al. Soft magnetic hysteresis in a dysprosium amide–alkene complex up to 100 kelvin. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09138-0

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