전류 흐름 선택 가능한 그래핀 나노리본 개발(06.16)

이철의 고려대 교수팀 "그래핀 나노리본 선택적 반금속화 통해 그래핀 활용 범위 넓혀"

▲이철의 고려대 교수.<사진=한국연구재단 제공>

기존 반도체 회로의 직접도를 높이고, 차세대 메모리로 각광받고 있는 스핀트로닉스에 활용될 수 있는 그래핀 나노리본이 개발됐다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 이철의 고려대 교수팀이 다층 그래핀 나노리본에서 선택한 층에만 스핀전류가 흐르도록 유도하는데 성공했다고 16일 밝혔다.

스핀트로닉스는 D램보다 훨씬 많은 양의 정보를 저장할 수 있고, 정보처리와 정보저장을 동시에 할 수 있어 차세대 메모리 반도체구현을 위한 핵심 기술로 부각되고 있다.

이 기술은 전자의 스핀 성질을 이용해 한쪽 방향의 스핀만을 갖는 전류를 생성하고 검출함으로써 정보를 저장하고 삭제한다. 이를 구현하기 위해 반금속 물질이 활용되는데, 활용 가능한 반금속 물질들은 대부분 중금속으로 무겁고 환경과 생체에 해롭다는 문제가 있었다.

이철의 교수팀은 전기장을 가하면 그래핀 나노리본이 반금속이 될 수 있다는 이론에 근거해 다층 그래핀 구조에서도 반금속 성질을 발현시켜 스핀트로닉스에 활용화기 위한 연구에 착수했다.

연구진은 슈뢰딩거 방정식을 이용해 2층 그래핀 나노리본의 물질 상태를 계산, 원하는 층만 반금속으로 만들어 스핀 전류가 흐르게 하는 데 성공했다. 또한, 특정 층만 반금속화 하는 나노리본의 너비와 전기장의 세기도 수치로 증명했다.

슈뢰딩거 방정식이란 뉴턴역학에서 가장 중심이 되는 식은 뉴턴의 F=ma라는 식으로 나타내지는 운동 방정식을 일컫는다.

▲2층 그래핀 나노리본을 옆에서 본 모습이다. 노란색 구는 탄소이고 하늘색 구는 수소이며 현재 보이는 방향으로 무한히 뻗어나가는 것을 가정한다. <자료=한국연구재단 제공>

이 교수는 "이번 연구결과는 구별 가능한 두 회로가 접해있는 가장 작은 형태라는 점에서 반도체 소자의 집적도를 극적으로 높일 것"이라며, "스핀트로닉스 분야에서 차세대 성장동력의 초석이 될 것으로 기대한다"고 의의를 밝혔다.

이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 기초연구사업의 지원을 받아 수행됐으며 연구결과는 네이처의 자매지인 사이언티픽 레포트(Scientific Reports)에 지난달 7일자로 발표됐다.