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빛 방향 따라 전류 제어…양자소자 응용 기대
얇고 유연한 구조로 소형화·집적화 유리
경희대학교는 최석호 응용물리학과 교수 연구팀이 세계 최초로 2차원(2D) 바일 준금속에서 '원형 감광 기전 효과(CPGE)'가 발생함을 실험적으로 규명했다고 4일 밝혔다.
바일 준금속은 전자가 질량이 거의 없는 것처럼 빠르게 이동하고,자기장에 극도로 민감하게 반응하는 신소재다.
이런 특성으로 △정밀 자기장 센서 △고속 전자소자 △나노소자 등 다양한 분야에서 그래핀을 잇는 차세대 신소재로 주목받고 있다.특히 양자소자의 핵심 원리를 구현할 수 있는 물질로 기대를 모으며,관련 연구가 활발히 진행 중이다.
연구팀은 10나노미터(㎚) 이하의 얇은 위상 준금속 박막을 정밀하게 제작해 2D 바일 준금속을 구현하고,회전하는 빛을 비췄을 때 전류의 흐름이 빛의 회전 방향에 따라 달라지는 원형 감광 기전 효과를 관찰했다.
이 효과는 3차원(3D) 바일 준금속에서만 확인됐으나,이번 연구로 2D 평면 소자에서도 구현했다.아울러 효과가 발생하는 전자 구조와 물리적 메커니즘까지 함께 규명했다.
2D 바일 준금속은 얇고 유연한 구조 덕분에 소형화와 집적화에 유리해 차세대 양자정보처리 소자,스핀 기반 광전 소자 등 최근 주목받는 양자소자 기술의 핵심 원리 구현에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다.
최석호 교수는 “그래핀 이후 차세대 신소재로 주목받는 위상 물질 분야에서 순수 이론을 넘어 실용화 단계로 나아가는 중요한 전환점”이라며 “향후 고성능 에너지 변환 장치,광전자 소자,도박자금 불법원인급여양자컴퓨팅 등 미래 핵심 기술의 실현을 앞당길 돌파구가 될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구사업 지원으로,경희대 최석호·김성 교수,장찬욱 박사,정태진 박사과정생,울산대,호주국립대,호주 울런공대 등 국내외 9개 연구기관이 참여했다.
연구 성과는 국제 학술지 'Materials Today Physics' 최신 호에 게재됐다.
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