원자 두께 반도체 소자 전자 움직임 발견

기존 전자회로보다 우수 소자 제작 가능성 열어

코넬대학교의 박지웅 교수가 원자 두께의 얇은 반도체 소자에서 새로운 전자 움직임 현상을 발견하는 데 성공했다. 이번 연구 결과로 기존 반도체 소자의 에너지 효율을 높이고 향후 더 우수한 소자 제작이 가능할 것으로 전망된다.

미래창조과학부는 29일 코넬대학교 박지웅 교수 연구팀이 단원자 두께의 초박막 소자에서 새로운 전자의 움직임 현상을 발견했다고 밝혔다.

최근 반도체 소자의 크기가 작아지고 단일 전자 기기에 사용되는 소자의 양이 증가하면서 이를 작동시키기 위해 필요한 에너지 양도 증가하고 있다. 하지만 기존 반도체 소자의 경우 필요한 에너지 중 많은 양이 불필요한 열에너지로 낭비되는 문제가 있었다.

연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 실험을 하던 중, 이황화몰리브덴(MoS2)이라는 원자 단위의 얇은 반도체 물질로 만들어진 소자에서 높은 에너지 주입 없이도 낮은 에너지 입자가 특정방향으로 이동하는 ‘계곡 홀 현상’을 관찰했다.

이황화몰리브덴은 독특한 성질의 반도체 물질로, 낮은 에너지 입자들의 안정적인 이동을 가능케 한다. 이를 통해 일정한 방향으로의 에너지 입자를 이동시켜 에너지의 손실 없이 정보를 전달할 수 있는 새로운 가능성을 발견한 것이다.

또 연구팀은 이황화몰리브덴으로 만든 소자에 파동이 소용돌이치는 형태의 빛을 쬐여 각 입자들이 특정방향으로 휘어질 수 있음을 확인하고, 입자들의 휘어지는 방향을 자유롭게 제어하여 정보 전달과 저장이 가능하다는 연구 성과를 거뒀다.

박지웅 교수는 “이번 연구로 이황화몰리브덴으로 대표되는 새로운 단원자 두께의 물질과 이로 인한 전자 움직임의 새로운 연구방향을 제시할 수 있었다”며 “이 현상을 응용해 고집적 전자회로나 광전소자, 센서 개발이 가능할 것”이라고 설명했다.