국내 연구진이 다층 그래핀 나노리본에서 선택한 층에만 스핀전류가 흐르도록 유도하는 데 성공했다. 이 성과로 그래핀 나노리본이 기존 반도체 회로 집적도를 높이고 차세대 메모리로 각광받고 있는 스핀트로닉스에 활용될 수 있는 가능성을 열었다.
고려대는 이철의 교수가 주도한 이번 연구는 교육부와 한국연구재단 기초연구사업(일반연구자지원) 지원을 받아 수행됐으며, 연구결과는 네이처의 자매지 ‘사이언티픽 리포트’에 지난달 7일 발표됐다고 16일 밝혔다.
스핀트로닉스는 D램보다 훨씬 많은 양의 정보를 저장할 수 있고, 정보처리와 정보저장을 동시에 할 수 있어 차세대 메모리 반도체 구현을 위한 핵심 기술로 부각되고 있다.
연구진은 전기장을 가하면 그래핀 나노리본이 반금속이 될 수 있다는 이론에 근거해 다층 그래핀 구조에서도 반금속 성질을 발현시켜 스핀트로닉스에 활용하기 위한 연구에 착수했다.
연구진은 슈뢰딩거 방정식을 이용해 2층 그래핀 나노리본 물질 상태를 계산, 원하는 층만 반금속으로 만들어 스핀 전류가 흐르게 하는 데 성공했다. 아울러 특정 층만 반금속화하는 나노리본 너비와 전기장 세기를 수치로 밝혔다.
연구진은 특정 외부전기장이 가해지면 한 층만 반금속이 되고 한 층은 절연상태를 유지하는 것을 확인했다. 외부 전기장 방향을 바꾸면 반금속 층도 달라진다.
연구진은 환경과 인체 유해성이 낮은 그래핀 소재를 활용함으로써, 화자되는 ‘10나노미터(㎚)의 벽’을 뛰어넘어 전자소자 집적도를 비약적으로 상승시키는 데 기여할 것으로 내다봤다.
이철의 교수는 “이번 연구결과는 구별 가능한 두 회로가 접해있는 가장 작은 형태라는 점에서 반도체 소자 집적도를 극적으로 높일 것”으로 예상하며 “향후 스핀트로닉스 분야에서 차세대 성장동력 초석이 될 것”으로 기대했다.
김명희기자 noprint@etnews.com
