한국기초과학지원연구원은 방준혁 박사팀이 레이저 파장을 조절해 반도체 물질에 `저온 비열적 상전이` 현상을 유도할 수 있음을 확인, 발생 원리를 규명했다고 29일 밝혔다.
물이 얼음이나 수증기로 변하는 `상전이`(相轉移) 현상은 고유의 정해진 온도에서만 일어나는 것으로 알려졌다.
반도체 분야에서는 빛과 물질의 상호작용에 의해 이보다 더 낮은 온도에서 상태 변화가 일어나는 경우가 있다. 이를 `저온 비열적 상전이`라고 이른다. 원자와 전자의 상호작용으로 일어나지만 전자의 `동역학 특성`과 그들이 원자 결합 구조에 미치는 영향에 대한 이론이 없어서 정밀한 연구가 이뤄지지 못했다.
방 박사팀은 전자·원자의 동역학 특성을 시뮬레이션하는 방법을 개발, 레이저 파장을 짧게 해 전자 에너지를 높이는 것이 저온 비열적 상전이 현상의 중요 요소임을 밝혀냈다.
그동안 레이저 세기를 강하게 해 많은 에너지를 품은 전자 수를 늘리는 것이 중요하다고 여겨졌지만 이번 연구로 개별 전자 에너지를 높이는 것이 효과가 있는 것으로 확인됐다.
연구팀은 반도체 메모리 소자 `저마늄안티모니테로라이드(Ge2Sb2Te5)`에 이 기술을 적용하면 섭씨 300~400도의 낮은 온도에서도 600도 수준의 상태 변화를 일으킬 수 있다는 이론의 토대를 마련했다고 설명했다. 또 반도체에 가해지는 열과 회로 스트레스를 줄여 반도체 소자 안정성 확보와 함께 소재 공정 신기술 개발이 가능해진다.
이번 연구는 미국 렌셀러폴리테크닉대(RPI) 생바이 장 교수 연구팀과의 공동 연구로 진행됐으며, 지난 16일 물리학 분야 유명 저널인 `피지컬 레터`에 실렸다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
