'금속-절연체 전이 가설' 세계 첫 규명
ETRI 김현탁 박사팀...나노 소자 개발 응용 길 열려1천억달러 세계시장 선점 기대‥원천특허 16건 출원
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• 금속-절연체 전이현상 규명 의미
산화물 등 절연체에 미세충격을 가해 전기가 흐를 수 있도록 하는 가설이 세계 최초로 국내 연구진에 의해 실험으로 입증돼 반도체이후 나노 소자 개발 등에 응용, 상용화할 수 있는 길이 열렸다.
이번 가설 규명은 차세대 디스플레이ㆍ메모리, 광소자, 열감지 센서 등 광범위한 분야에 적용돼 약 1천억달러(한화 약 100조원)로 추정되는 세계시장을 선점할 수있을 것으로 보인다.
한국전자통신연구원(ETRI) 기반기술연구소 김현탁 박사팀은 전자가 한 방향으로흐르지 못해 전류가 통하지 않는 부도체(바나듐옥사이드)에 전압 충격을 가해 전류가 흐르도록 하는 `금속-절연체 전이(MIT)가설'을 세계 최초로 규명하는데 성공했다고 1일 밝혔다.
이번 규명은 지난 1949년 영국 케임브리지대학의 노벨물리학상 수상자 N.T 모트(Mott) 교수가 제시한 가설을 56년만에 원리와 실험으로 완성한 것으로, 지난해 5월응용물리학 분야의 세계적인 권위지 `New Journal of Physics'에 실린 데 이어 올해6월 `Applied Physics Letter'에 게재됐다.
ETRI는 `금속-절연체 전이이론' 규명에 따라 국내외에 16건의 핵심 원천특허를출원, 이 중 3개가 등록되는 등 차세대 성장동력원으로 기능할 수 있을 것이라고 전망했다.
김 박사팀은 "모트 교수의 가설을 확인하기 위해 세계적으로 여러 차례 실험이실시됐으나 전압의 세기 조절이 어렵고, 실험대상 부도체가 녹아내리는 등의 구조변화가 수반돼 실패했다"면서 그러나 "연구팀은 구조변화 없이 전압을 안정적으로 조절할 수 있는 이번 기술을 이론과 실험으로 완성하는 개가를 올렸다"고 설명했다.
이번 실험에 쓰인 부도체는 바나듐옥사이드, 미켈옥사이드 등 산화물이 대부분으로, 이들 물질은 이론상 금속의 성질을 띠지만 전류를 흘러 보내지 못해 `모트 절연체'로 일컬어진다.
김 박사는 "1개 원자에 1개의 전자를 갖는 금속 전자구조를 띠고 있는 `모트절연체'는 두개의 전자 사이에서 서로 밀어내려는 이른바 `쿨롱에너지(Coulomb)'가 너무 커 전기가 흐를 수 없지만 미세한 전압을 안정적으로 가해 쿨롱에너지의 균형을파괴하면 전기가 흐른다"고 밝혔다.
이번 이론 규명은 반도체보다 더 작으면서도 전기는 금속처럼 잘 흐르는 극소형소자 개발에 적용돼 휴대전화 등 각종 전자기기를 소형화할 수 있으며, 과전압에 따른 형광 등 각종 전기장치와 기기 고장을 원천적으로 막는 소자로 개발될 수 있다.
김 박사는 관련 기술을 적용, 금속-절연체 전이현상을 일으키는 새로운 `모트트랜지스터'를 세계 최초로 개발했다면서 "현재 사용되는 반도체는 크기가 일정수준이하로 작아지면 전류의 크기도 줄어 작동할 수 없지만 고속 스위칭이 가능하고 많은 전류가 흐를 수 있는 `모트 트랜지스터'는 반도체 트랜지스터의 대안이 될 수 있다"고 말했다.
이에 대해 일본의 유명 물리학자인 아스모토 다나카 쓰쿠바 첨단과학기술연구소(AIST) 박사는 "한국에서도 최초로 노벨물리학상을 수상할 수 있는 뛰어난 후보자 1명을 확보하게 됐다"며 큰 의미를 부여했다.
(서울=연합뉴스) 김권용기자
입력시간 : 2005/09/01 11:07
