차세대 반도체 기술 발열 해결 실마리 찾았다

KAIST

KAIST, 포스텍팀이 2차원 반강자성체의 마그논 오비탈 홀 효과를 나타낸 모식도. KAIST 제공

국내 연구진이 초고속, 초고집적 차세대 반도체 기술의 발열 문제를 해결할 실마리를 찾았다. 

KAIST는 김세권 물리학과 교수 연구팀이 이현우 포스텍 물리학과 교수팀과의 공동 연구로 반강자성체에서 '마그논 오비탈 홀 효과'를 세계 최초로 발견해 물리 및 화학 분야 국제학술지 `나노 레터스'에 게재했다고 17일 밝혔다. 

반강자성체는 인접한 원자의 전자스핀이 서로 반대방향으로 향해 전체적으로 자력을 띠지 않는 물질을 가리킨다. 특정 온도를 넘어서면 자성을 나타낸다. 반강자성체에서는 양자화된 스핀 파동이 일어난다. 이를 자기 양자라고 부르는데 자기(Magnetic)와 양자(Quantum)를 합친 ‘마그논’이라고 한다. 

전자의 회전을 이용하는 '스핀트로닉스', 전자 회전 운동으로 발생되는 각운동량을 이용하는 '오비트로닉스'는 초고속, 초고집적 반도체를 만들 수 있는 전자공학 기술이다. 문제는 두 기술을 사용하면 도체에 전류가 흐를 때 발열 현상이 생긴다는 점이다. 

연구팀은 마그논을 활용해 두 기술을 이용하면 발열 문제를 해결하고 에너지 소모 없이 기존의 컴퓨팅 기술을 대체할 수 있다는 점에 주목했다. 연구팀은 nPS3(삼황화린망간)와 같이 벌집 격자를 이루는 2차원 반강자성체에서 강한 '마그논 오비탈 홀 효과' 나타난다는 것을 세계 최초로 발견했다. 이는 마그논을 이용해 스핀트로닉스와 오비트로닉스를 발열 문제 없이 구현하도록 한다. 

김 교수는 "마그논 오비탈과 그 수송이론의 정립은 아직 세계적으로 아무도 시도하지 않은 독창적이고 도전적인 문제이고 기존 정보처리 기술의 한계를 혁신적으로 뛰어넘는 초저전력 오비탈 기반 정보처리 기술의 기틀을 세울 수 있을 것ˮ이라고 기대감을 내비쳤다.

[이채린 기자 rini113@donga.com]