GIST, 거울 속에 가둔 '빛'으로 반도체 성질 자유자재 제어…포스텍, '구리에선 불가능' 뒤집어

국내 연구진이 차세대 반도체 기술 발전을 위한 중요한 성과를 발표했습니다. 포스텍 이길호 교수팀은 구리 배선에서 탄도 전도 현상을 확인했으며, GIST 신동빈 교수팀은 거울에 가둔 빛으로 반도체 성질을 제어하는 기법을 제시했습니다. 이 연구들은 반도체 발열 및 전력 손실을 줄이는 데 기여할 전망입니다. 포스텍 이길호 물리학과·융합대학원 교수팀은 실제 반도체 배선과 비슷한 크기의 구리 박막에서 전자가 거의 충돌 없이 직선으로 이동하는 탄도 전도 현상을 확인했습니다. 이는 구리에서는 불가능하다고 여겨졌던 현상으로, '원자 스퍼터링 에피탁시' 기술로 단결정 구리 박막을 제작하여 입증되었습니다. 이 현상은 신호 지연 감소, 발열 감소, 저전력·고속 회로 구현으로 이어질 수 있습니다. 광주과학기술원(GIST) 신동빈 물리·광과학과 교수가 이끈 공동연구팀은 거울 안에 가둔 빛, 즉 광자장을 이용해 반도체 물질의 전기적 성질을 바꾸는 새로운 위상 제어 기법을 제안했습니다. 이 기법은 반도체 물질인 수은 텔루라이드(HgTe)의 대칭성을 변화시켜 다양한 전기적 성질을 갖는 물질로 전환될 수 있음을 이론적으로 입증했습니다. 기존 강한 레이저 사용 방식의 열 발생 및 짧은 유지 시간 한계를 극복하는 방식입니다. 신동빈 교수는 이번 연구가 외부에서 강한 레이저를 지속적으로 가하지 않고도 빛과 물질의 양자적 상호작용만으로 전자 구조와 위상 상태를 정밀하게 제어할 수 있음을 보여주었다고 설명했습니다. 이길호 교수는 탄도 전도는 전자소자 전력 소모를 근본적으로 줄일 수 있는 이상적인 방식이며, 산업 표준 금속인 구리에서 실제 배선 크기로 탄도 전도 현상이 가능함을 보인 것 자체가 큰 의미라고 밝혔습니다. 두 연구 결과는 각각 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'와 '네이처 커뮤니케이션즈'에 5월 28일 온라인 게재되었습니다. 이 기술들은 양자컴퓨터, 위상 양자소자, 초저전력 전자소자 등 미래 정보기술 전반에 폭넓게 활용될 것으로 기대됩니다.