– 포스텍 연구팀, 나노 박막 해테로 구조로 전자와 정공 분리해 밸리 제어 성공

포스텍(총장 김도연) 신소재공학과 김종환 교수(사진)가 UC버클리대학교와 공동으로 나노 박막 해테로 구조*를 이용한 전자(음전하)와 정공(양전하)을 극초고속으로 분리하는데 성공해 밸리 제어에 한발 다가섰다. 전자의 특성을 이해하고 제어하는 기초과학 기술은 인류에 혁명적인 변화를 불러왔다. 70년 전 전자가 갖는 전하(charge)를 제어해 만든 트랜지스터는 오늘날

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포스텍(총장 김도연) 신소재공학과 김종환 교수(사진)가 UC버클리대학교와 공동으로 나노 박막 해테로 구조*를 이용한 전자(음전하)와 정공(양전하)을 극초고속으로 분리하는데 성공해 밸리 제어에 한발 다가섰다.

전자의 특성을 이해하고 제어하는 기초과학 기술은 인류에 혁명적인 변화를 불러왔다. 70년 전 전자가 갖는 전하(charge)를 제어해 만든 트랜지스터는 오늘날 컴퓨터와 스마트폰의 심장에 해당하는 핵심부품이다. 전자의 스핀(spin)을 제어해 만든 하드디스크는 30년 전 정보화 혁명을 이끈 핵심 메모리 기술이었다. 최근엔 밸리(valley)*라는 새로운 전자의 특성이 보고돼, 수많은 연구자가 밸리를 제어하려는 노력을 시도하고 있다.

그동안 이론적으로는 원자 수준 두께의 나노 박막이 전자 밸리 특성을 잘 살릴 수 있을 것으로 기대했다. 하지만 실제 실험 결과 밸리 특성이 수 피코초* 만에 파괴돼 소자로 응용될 수 없을 것이라는 어두운 전망이 이어져 왔다.

김종환 교수팀은 이 문제를 해결하고자 밸리 특성이 파괴되는 이유가 음전하가 양전하와 함께 있기 때문이라는 사실에 착안해 나노 박막 해테로 구조로 양전하와 음전하를 분리해 내는 방법을 고안해 냈다. 이 방법으로 전자 밸리 특성을 보호하고 기대 수명을 수 피코초에서 약 백 만 배 가량 늘린 1마이크로 수준으로 구현했다.

김종환 교수는 “나노 신소재 원천 기술을 이용해 밸리를 기반으로 미래의 전자, 메모리, 광소자의 토대가 될 튼튼한 기초과학의 토대를 만들었다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.

한편 이 연구는 기초과학의 토대를 만든 성과를 인정받아 사이언스(Science) 자매지인 사이언스 어드밴스(Science Advances)에 실렸다.

최혜영 커뮤니케이터

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