| 신형 에너지밸리 전자 소자 개발 | ||
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  난징(南京)대학교 전자공학대학 왕샤오무(王肖沐), 스이(施毅) 연구팀은 저장(浙江)대학교 쉬양(徐楊) 연구팀 및 베이징컴퓨팅과학연구원과 공동으로 상온에서 에너지밸리(Energy valley) 스핀 전류 생성, 전송, 감지 및 제어 등 전체 정보 처리 기능을 구현할 수 있는 고체상태 양자 소자를 개발했다. 해당 성과는 "Nature Nanotechnology"에 게재됐다. 무어의 법칙이 한계에 다다름에 따라 전통적인 트랜지스터 소자는 개발의 어려움에 부딪쳤다. 새원리, 신구조 및 신소재를 이용한 전통적인 반도체 소자의 미세화 및 에너지 소모 등 문제 해결은 모어 무어(More Moore) 시대 반도체 기술의 연구 중점이다. 기존의 반도체 소자는 주로 전하에 의해 정보에 대한 표현, 저장, 전송 및 처리를 달성하며 이를 기반으로 트랜지스터를 기본 유닛으로 하고 전하의 흐름을 통해 정보 처리 및 컴퓨팅 등 기능을 수행한다. 하지만 연구팀은 "에너지밸리 스핀" 트랜지스터 기반 새로운 소자를 제안함과 아울러 이를 구현했다. 해당 소자는 에너지밸리 스핀 자유도로 전하를 대체하여 정보 코딩의 운반체로 하기에 에너지밸리 스핀 소자에서의 데이터 조작 및 전송은 전하의 흐름과 관계가 없으므로 초저 전력 소모 기능 소자를 달성할 전망이다. "에너지밸리"는 반도체 소재에서 에너지-운동량 분산 관계의 극값 위치를 말한다. 오래 전에 에너지밸리 스핀은 전하 또는 스핀 등 자유도 처럼 정보를 표현할 수 있음이 인식됐지만 에너지밸리는 외부장(External field)을 통해 제어하기 어렵기에 에너지밸리 스핀을 이용해 트랜지스터 등 소자를 제조하지 못했다. 연구팀은 비대칭 플라즈몬 나노 안테나의 광학적 키랄성을 이용해 전자기장과 전이금속 칼코게나이드에서 에너지밸리 스핀의 제어 가능한 상호 작용을 달성함과 아울러 소재의 키랄성 베리곡률(Berry curvature)을 결합해 소자 수준에서 에너지밸리 정보의 생성, 전송, 감지 및 온오프(On-off) 조작을 달성했다. 해당 에너지밸리 스핀 트랜지스터는 에너지밸리 정보의 입력, 전송 및 감지 과정에 대한 최적화 및 개선을 수행했기에 에너지밸리 정보 흐름을 제로 바이어스 전압 조건에서 전하 흐름에 의존하지 않고 독립적으로 전송 및 제어할 수 있다. 뿐만 아니라 해당 소자 유닛을 CMOS 회로와 유사한 구조로 집적하여 특정된 논리 기능의 초저 전력 소모 에너지밸리 전자 회로를 형성할 수 있다. 동 연구는 최초로 실온에서 작동할 수 있는 에너지밸리 스핀 기반 기본 유닛 소자를 제안함으로써 모어 무어 시대 신형 에너지밸리 정보 소자 개발에 기반을 마련함과 아울러 에너지밸리 정보 소자의 향후 집적 회로에서 응용 가능성을 보여준다. 정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/8/443612.shtm |
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