[대학저널 유제민 기자] POSTECH(포항공대, 총장 김도연) 신소재공학과 김종환 교수가 UC버클리대학교와의 공동 연구를 통해 나노 박막 *해테로 구조를 이용해 전자(음전하)와 정공(양전하)을 극초고속으로 분리, **밸리 제어 가능성을 높였다. 이 연구는 사이언스(Science) 자매지인 사이언스 어드밴스(Science Advances)를 통해 발표됐다.
*해테로 구조(Heterostructure): 전기적인 성질이 다른 두 물질을 합친 구조를 일컫는다. 다양한 물질의 조합과 구조를 통해 한 가지 물질에서만 얻을 수 없는 전기적, 광학적 특성을 구현하고 자유롭게 조절할 수 있다.
**밸리(Valley): 밸리는 결정성이 강한 고체 내에 전자가 갖는 새로운 특성이다. 전하나 스핀과 달리 밸리는 전자의 결정 운동량(crystal momentum)에 정보가 저장되는 데, 이를 이용해서 양자 정보를 저장할 수 있는 등 미래 전자 소자·광소자로서 큰 가능성을 갖고 있다.
그동안 이론적으로는 원자 수준 두께의 나노 박막이 전자 밸리 특성을 잘 살릴 수 있을 것으로 기대됐다. 하지만 실제 실험 결과 밸리 특성이 수 피코초 만에 파괴돼 소자로 응용될 수 없을 것이라는 어두운 전망이 이어져 왔다.
김종환 교수팀은 이 문제를 해결하기 위해 밸리 특성이 파괴되는 이유가 음전하가 양전하와 함께 있기 때문이라는 사실에 착안, 나노 박막 해테로 구조를 통해 양전하와 음전하를 분리해 내는 방법을 고안해 냈다. 이 방법을 통해 전자 밸리 특성을 보호하고 기대 수명을 수 피코초에서 약 100만 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.
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