국내연구진 실리콘반도체 대체 자성원자층 추출 성공

IBS, 반데르발스 물질 이용 세계 최초 제작

국내연구진이 실리콘반도체를 대체할 자성반도체의 핵심소재인 ‘2차원 자성원자층 추출’에 성공했다.

기초과학연구원(IBS)은 강상관계 물질 연구단(단장 노태원 서울대 물리천문학부 교수)이 반데르발스 힘을 이용해 2차원 벌집 구조의 자성원자층을 세계 최초로 구현했다고 17일 밝혔다.

반데르발스 힘은 분자가 이온결합이나 공유결합이 아닌 분자 내 혹은 분자 간 전자의 스핀 편극으로 인해 갖는 인력이나 척력이다.

기존의 실리콘 반도체가 트랜지스터 집적기술 한계와 발열 등의 문제로 자성반도체가 새로운 신소재로 주목받고 있다.

자성반도체의 핵심 소재는 자성원자층으로 초고속, 초전력, 초고직접도의 특성이 있다.

자성원자층은 대부분 고가의 장치를 이용한 산화물 박막 제작을 통해 얻어졌으며 산화물 기반 자성원자층은 원자 치환 등의 기술적으로 응용하기 어려워 상용화에는 무리가 있었다.

하지만 이번 연구에서 연구진은 얻은 삼황화린니켈 자성원자층은 자성원소인 니켈(Ni)을 다른 강자성 원소인 철(Fe), 코발트(Co) 등 다양한 물질로 치환할 수 있어 다양한 기술 응용이 가능할 전망이다.

이번 연구의 핵심은 2차원 자성원자층을 삼황화린니켈 덩어리에서 기계적으로 박리해 구현한 것이다.

연구진은 삼황화린니켈이 155K(영하 118℃) 이하에서 반강자성 정렬을 하는 물질로 단일층으로 구현하게 되면 자성을 갖는 것을 확인했다.

박제근 부단장은 “반데르발스 물질의 자성원자층 구현에 성공해 2차원 원자층의 자성현상 연구에 새로운 돌파구를 찾았다”며 “반데르발스 물질이 갖는 우수한 집적호환 특성을 살려 그래핀 등 스핀전자소자 응용 가능성에 획기적 전환점을 가져올 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구결과는 사이언티픽 리포트 온라인 판 2월 15일자에 게재됐다. 최소망 기자 somangchoi@