양자·인공지능 연구 날개 달 초저전력 차세대 트랜지스터 개발

표준연 "스커미온 활용 메모리 소자 개발 앞당길 기반 기술"

실험에 사용된 3차원 스커미온 소자 구조 [한국표준과학연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 김준호 기자 = 2016년 알파고가 바둑을 둘 때 소모한 전력은 가정집 100가구의 하루 전력 소모량과 맞먹고, 2021년 테슬라가 발표한 자율주행용 인공지능(AI) 학습 서버 한 대의 전력소모량이 알파고의 10배를 넘는다.

에너지 위기 시대에 초저전력·고성능을 특징으로 하는 차세대 메모리 소자인 스핀트로닉스(spintronics·전자의 회전 방향을 제어해 정보를 효율적으로 저장하는 소자) 기술 혁명이 필요한 이유다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 초저전력 차세대 소자를 개발할 때 쓰일 수 있는 스커미온을 제어할 수 있는 트랜지스터를 구현했다고 1일 밝혔다.

스커미온(Skyrmion)은 소용돌이 모양으로 배열된 스핀 구조체로, 수㎚(나노미터·10억분의 1ｍ)까지 크기를 줄일 수 있으며 매우 작은 전력으로도 이동할 수 있어 차세대 스핀트로닉스 소자 응용기술의 대표주자로 꼽힌다.

연구진 모습 [한국표준과학연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

2009년 스커미온이 발견된 이후로 스커미온을 활용한 전자소자에 대한 연구가 활발히 진행됐지만, 스커미온 생성·삭제·이동·검출 기술 중 일부 기술만 사용하는 방향으로 연구됐다.

이번에 개발된 스커미온 트랜지스터는 자성체에서 나오는 스커미온의 이동을 전기적으로 제어하는 독자 기술이 바탕이라서 일반 트랜지스터가 전류를 제어하듯 스커미온을 흐르거나 멈추게 할 수 있다.

가장 중요한 소자 중 하나인 트랜지스터를 스커미온으로 구현함에 따라 기존 전자소자보다 소비전력·안정성·속도 측면에서 대폭 유리한 뉴로모픽·로직 소자 등 스커미온 기반 소자 개발을 앞당길 전망이다.

황찬용 KRISS 양자기술연구소장은 "국내 대기업에서도 기존 실리콘 반도체의 한계 극복을 위해 스핀트로닉스를 이용한 차세대 반도체에 눈을 돌리고 있다"며 "앞으로도 스커미온 관련 기반기술을 추가로 개발해 차세대 반도체 소자 및 양자 기술에 응용할 수 있는 수준으로 발전시킬 예정"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 지난해 12월 국제학술지인 '어드밴스트 머티리얼스'(Advanced Materials)에 실렸다.

kjunho@yna.co.kr

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