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Title | [한국연구재단] (우수성과) 점점 작아지는 나노소자, 더 똑똑하게 설계한다 |
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점점 작아지는 나노소자, 더 똑똑하게 설계한다 전자와 스핀의 양자수송 및 에너지 특성 예측을 위한 새로운 이론 확립 □ 국내 연구진이 차세대 반도체 소자 설계의 기반이 되는 물리학 표준이론의 대안(alternatives)을 제시했다. ○ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 김용훈 교수(한국과학기술원) 연구팀이 현대 양자수송 표준이론의 대안을 제시, 나노소자의 에너지 특성 까지 정확히 예측할 수 있는 이론을 확립하고 소프트웨어로 구현 했다고 밝혔다. □ 일상적으로 쓰는 가전제품에서는 전자가 입자적 성격을 띠고 옴의 법칙으로 대표되는 고전양식으로 흐르지만, 최신 전자제품에 들어있는 첨단 나노소자에서는 전자가 양자적 특성을 띠고 전혀 다르게 움직인다. ○ 원자나 분자 수준에서 단위정보를 처리하는 신개념 반도체 소자나 수소전지 같은 차세대 에너지 소자의 설계를 위해서는 이 같은 미시세계에서의 전자 및 스핀의 양자수송(quantum transport) 특성을 반영하여 소자의 동작을 미리 예측하는 과정이 필수적이다. □ 20세기 후반에 확립된 양자수송에 대한 표준이론은 나노소자를 채널영역과 그에 연결된 무한한 두 개의 전극으로 구성된 열린 양자계(open quantum system)로 기술한다. ○ 이를 바탕으로 첨단 트랜지스터, 태양전지, LED 등 다양한 반도체 소자의 구동을 해석하려는 노력이 있지만, 이 방법으로는 전도성 이외 무한한 전극이 포함된 소자의 에너지를 기술할 수 없어 에너지 소자의 설계에 활용하기에는 한계가 있었다. □ 연구팀은 이 한계를 극복하고자 비평형 상태의 나노소자를 닫힌 양자계로 보고, 이 안에서의 양자수송 현상을 한 쪽 전극에서 다른 쪽 전극으로 전자가 광학여기(optical excitation) 되는 현상에 대응시키는 관점을 제안하였다 . ○ 또한 이를 통해 소자의 에너지를 최소화하는 방식의 이론을 개발 하고 소프트웨어로 구현하였다. □ 이 계산방식을 활용하면 소자의 전류-전압 특성 이외 에너지 특성까지 기술할 수 있으며, 특히 배터리 같은 에너지 저장소자, 촉매나 연료전지 같은 에너지 변환소자 등 원자 수준 에너지 소자 설계의 중요한 실마리가 될 것으로 기대된다. ○ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업, 나노소재원천기술개발사업, 기초연구실지원사업, 글로벌프론티어 사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료분야 국제학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 7월 1일 게재 되었다. |
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Category | Tech trends(Korea) |
Source | 한국연구재단 |
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