영남대, 나노 클러스터 기반 다기능 신소재 개발…차세대 반도체·양자컴퓨터를 앞당길 핵심 소재로 주목

영남대학교(총장 최외출)는 류정호 신소재공학부 교수 연구팀이 차세대 반도체와 양자 컴퓨터 개발에 필요한 새로운 다기능 나노 소재를 개발했다고 8일 밝혔다.

이번에 개발한 소재는 전기와 자성을 서로 바꾸며 조절할 수 있는 소재로, 기존 다강체의 한계를 뛰어넘은 성과로 주목받고 있다.

나노 클러스터 기반 다강체 소재의 원자단위 미세조직 분석과 전기적, 자기적 특성을 나타낸 이미지

연구팀은 대표적인 다강체 소재인 'BiFeO₃'의 박막 안에 'Ba(CuNb)O₃'라는 물질을 나노미터(㎚:10억분의 1미터) 크기로 정교하게 배치해 소재 내부에 미세한 구조 변화를 일으켜 '플렉소일렉트릭 효과(flexoelectric effect)'라는 현상을 유도했고, 전기와 자기의 특성을 동시에 강화하는 데 성공했다.

기존 다강체 소재는 화학 조성에 따라 특성이 결정되는 구조적 한계가 있었지만, 이번 연구에서는 복잡한 화학 조성 변화 없이 '나노 구조 제어'만으로 뛰어난 다기능 특성을 구현, 기존 이론의 한계를 넘어선 세계 최초 성과로 평가된다.

이러한 특성 때문에 차세대 메모리 반도체나 양자 컴퓨터와 같은 미래 기술에 핵심적으로 활용될 소재로 주목 받고 있다. 특히 상온에서도 강한 전기-자기 결합 특성을 확인함에 따라, 저전력 고속 구동이 가능한 차세대 메모리 소자, 고감도 센서, 양자 소자 등에 폭넓은 산업적 활용이 기대된다.

류정호 교수는 “나노 구조 제어를 통한 새로운 물성 부여는 기존 반도체 기술을 뛰어넘는 차세대 전자·양자 소자 개발에 핵심적인 역할을 할 것”이라며, “이번 연구는 양자 기술을 포함한 미래 산업의 핵심 재료 설계에 새로운 방향성을 제시했다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행되었으며, 류정호 교수 연구실을 중심으로 최시영 포스텍 교수, 정대용 인하대 교수 연구팀이 참여한 공동연구 결과다. 서울대학교, KAIST, 미국 위스콘신대학교, 일본 오사카대학교, 인도 CSIR 국립물리연구소 등 국내외 연구기관도 협력해 국제 공동연구 형태로 진행됐다. 제1저자는 영남대 송현석 박사과정생과 포스텍 황수윤 박사이다.

한편, 연구성과는 최근 신소재 분야의 세계적 권위 학술지인 '어드벤스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 게재됐다.

대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com

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