연세대, 흑린서 신개념 반도체 발견…"저전력 고성능 제품 기대"

연세대학교는 김근수 물리학과 교수의 연구팀이 인(P) 원자로 만들어진 신소재 흑린에서 새로운 종류의 반도체인 '유사스핀 반도체'를 발견했다고 4일 밝혔다.

유사스핀 반도체는 기존 반도체에 비해 더 적은 전력이 소모돼 성능이 우수하다.

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유사스핀이란 물질을 구성하는 원자가 벌집 모양으로 배열된 경우에 나타나는 전자의 성질이다.

그동안 이 유사스핀을 정렬하거나 제어해 반도체 소자를 개발할 수 있는 물질은 발견되지 않았다.

김 교수의 연구팀은 인 원자가 벌집 모양으로 구성된 흑린에서 유사스핀이 일정한 방향으로 정렬되어 있다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 흑린에서 유사스핀의 방향을 측정해 95% 이상 한 방향으로 정렬돼 있고 고온까지 안정적이고 흑린의 두께와 무관하게 나타나는 것을 확인했다.

앞으로 연구팀은 유사스핀 반도체의 상용화를 위해 전자의 스핀 정렬방향에 따라 높은 자기저항비가 나타나는 유사스핀 거대자기저항효과를 발견하는 데 도전하기로 했다. 2007년 노벨물리학상 주제인 거대자기저항효과는 하드디스크 등에 활용된다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 '네이처 머티리얼스지'(Nature Materials)에 게재됐다.

김 교수는 “자성반도체의 발견이 스핀트로닉스 분야를 개척한 것에 비춰보면 유사스핀 반도체의 발견은 ‘유사스핀트로닉스’라는 차세대 반도체 연구로 이어질 것”이라고 말했다. 이번 연구는 네이처 머티리얼스지에 게재됐다.

[e-mail] 윤홍집 기자