△ 조준형 교수

국내 연구진이 주석원자층의 금속-절연체 상전이 원인을 규명해 냈다.

 

주석원자층은 반도체인 게르마늄 표면에 금속인 주석원자들이 정렬해 형성된 단일 원자층으로 전자소자로서 주목받고 있다.  

 

미래창조과학부는 16일 조준형 한양대학교 물리학과 교수와 이준호, 김현중 연구원이 하나의 원자층 두께의 얇은 나노박막의 물성을 이해할 수 있는 이론을 제시하는 연구결과를 도출했다고 밝혔다.

 

연구에 따르면 전기가 통하지 않는 절연체로 변하는 상전이 현상은 전자간 서로 밀어내려는 힘 때문이라는 것이 정설로 척력으로 전자들의 움직임이 저해돼 전기가 흐르지 않는다는 것으로 알려졌다.

 

하지만 조 교수 연구팀은 저온에서 주석원자층에 전기가 흐르지 않는 것이 이웃한 전자가 갖는 스핀(전자가 나타내는 양자역학적 자기현상을 표현한 물리량)의 방향이 일정하게 정렬하기 때문임을 알아냈다.

 

전자간 척력 때문이 아니라 전자가 갖는 스핀의 방향이 고정되기 때문으로 방향이 같은 두개의 스핀과 방향이 다른 하나의 스핀이 교대로 정렬돼 자기적 효과를 상쇄하지 못하고, 자성을 띠어 전기가 흐르지 않는다는 설명이다.

 

조준형 교수는 "이번 연구에서 금속-절연체 상전이의 원인이 새롭게 규명됨에 따라 차세대 나노 전자소자의 물성을 이해하는데 기여하게 될 것"이라고 말했다.

 

한편 이번 연구 결과는 물리학 분야 권위지인 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)지 게재됐으며, 고온에서는 전기가 통하지만 저온에서는 절연체로 변하는 현상인 금속-절연체 상전이 원인이 규명됨에 따라 향후 반도체 집적도 한계를 극복할 나노전자소자 등 차세대 반도체 구현에 기여할 것으로 기대된다.

 

 

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