한국과 중국 공동 연구팀이 나노원자선에서 금속 및 절연체상이 공존하는 기저상태(에너지가 낮고 안정된 상태)를 발견하고 원리를 규명했다. 원자선의 전기적 성질 제어를 통해 나노스케일 전자소자 구현에 기여할 것으로 기대된다.
한양대 물리학과 조준형 교수팀과 중국과학기술대학 연구팀은 공동연구를 통해 차세대 나노스케일 전자소자로 주목받는 인듐원자선에서 구조결함을 이용해 금속상과 절연체상이 공존하는 기저상태를 발견했다고 5일 밝혔다.
원자선과 같은 나노구조물을 전자소자로 이용하려면 원자선이 갖는 전기적 특성을 이해해야 하고, 원자선의 전기적 특성을 효과적으로 제어할 수 있어야 한다.
연구팀은 인듐원자선에 구조결함을 주면 압축변형이 일어남을 밝혔고, 이 구조 변화는 금속상과 절연체상의 안정성을 유사하게 만들어 금속-절연체 상전이 온도를 낮추는 결과를 가져왔다. 이로 인해 극저온에 도달해서도 금속상과 절연체상이 안정된 형태로 공존하고, 이른바 상분리 상태로 불리는 기저상태를 발견했다. 또 상분리된 인듐원자선에 외부전기장을 인가해 전기장 극성에 따라 금속상과 비금속상의 상전이를 제어할 수 있음을 보였다.
연구팀은 정밀한 계산을 통해 인듐원자선에서 구조결함이 존재할 때 압축변형이 일어나고, 이로 인해 금속상과 절연체상의 에너지 차이가 줄기 때문에 상분리 기저상태가 된다고 설명했다.
조준형 교수는 “차세대 나노 전자소자 개발에 새로운 전기를 마련했다”며 “이번 연구에서 획득한 상전이 제어기술은 메모리, 센서, 나노스위치 등 기능성 소자 개발에 활용할 수 있다”고 말했다.
권건호기자 wingh1@etnews.com
