차세대 반도체 기술 중 하나로 각광받고 있는 밸리트로닉스 기술 구현을 확장할 수 있는 이론을 DGIST 연구진이 발견했다. 이는 기존의 데이터 처리속도를 뛰어넘는 차세대 자성 신기술인 밸리트로닉스 기술 개발을 한 차원 도약시킬 것으로 기대된다. DGIST는 신물질과학전공 이재동 교수 연구팀이 차세대 반도체의 성능에 기여할 밸리 도메인 형성과 이에 따른 특이 전류 구현 및 제어 메커니즘을 발견했다고 17일 밝혔다. 이번 연구는 밸리 도메인과 전류, 서로 다른 두 물리량의 상호 관계성을 발견 및 응용한 것으로써 큰 의미를 가진다. 밸리(Valley)는 전자의 파동에 의해 발생하는 진동에너지의 꼭짓점 영역이며 밸리 스핀으로도 불린다. 이 밸리들을 결정하는 양자수를 이용해 정보를 저장 및 활용하는 방식이 밸리트로닉스인데, 기존의 전하나 스핀을 제어하는 기술을 뛰어넘어 양자 정보의 저장이 가능하기 때문에 미래 전자소자 및 양자 컴퓨팅 기술에 응용될 수 있다. 또한 차세대 반도체공학분야인 스핀트로닉스와 나노일렉트로닉스를 아우르는 무궁무진한 가능성을 가지고 있다. 이재동 교수팀은 이번 연구를 통해 차세대 반도체 소재로 각광받는 이차원 단층 물질인 이황화몰리브덴에서의 밸리 도메인의 형성을 발견해 밸리 스핀의 안정성 문제를 일거에 해결했다. 밸리 도메인이란 물질 내부에서의 전자들이 같은 밸리 운동량을 가진 영역으로 정의된다. 이를 통해 이차원 단층 물질에서 구현된 밸리 도메인이 극한적인 나노구조에서 스핀을 대신할 정보저장매개로서 활용될 수 있음을 규명했다. 더 나아가, 밸리 도메인의 크기를 제어해 '특이가로전류'를 발생시킬 수 있음을 발견하였다. 특이가로전류란 밸리 도메인의 움직임에 따라 항상 한 방향으로만 흐르는 전류이다. 이를 통해 이종접합이라는 기존의 반도체 다이오드의 방식과 구조를 탈피한 단순한 형태의 단일물질 이차원 나노구조의 다이오드 메커니즘 제안과 활용 가능성도 보여줬다. DGIST 신물질과학전공 이재동 교수는 "이번 연구를 통해 밸리 자성과 전기 신호 제어라는 동떨어진 두 현상을 단층 단결정 물질에서 동시에 활용할 수 있는 밸리트로닉스의 핵심 이론을 발견했다"면서 "밸리트로닉스 연구가 더욱 고차원적으로 응용이 가능해 저전력, 초고속 정보저장성 플랫폼의 발전을 더욱 앞당길 수 있기를 기대한다."고 말했다. 한편, 이번 연구 결과는 DGIST 신물질과학전공 김영재 석박사통합과정 학생이 제1저자로 참여했으며, 나노 과학·기술 분야 최고 권위의 국제학술지 '나노 레터스(Nano Letters)' 5월 22일 온라인판에 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 포항공과대(POSTECH) 물리학과 이길호 교수와 정현우 통합과정생은 일본 국립재료과학연구소(NIMS) 와타나베 켄지, 타니구치 타카시 박사팀과 함께 꿈의 신소재로 불리는 '이중층 그래핀'의 특별한 성질을 더욱 정확하게 알아냈다고 7일 밝혔다. 이번 성과는 그래핀의 가장자리 부분에서 일어나는 특이한 현상을 자세히 분석함으로써 앞으로 더욱 빠르고 효율적인 컴퓨터를 만드는 데 필요한 새로운 기술 개발에 도움이 될 것으로 보인다. POSTECH에 따르면 연구진은 이중층 그래핀의 가장자리 상태와 전자가 예상치 못한 곳으로 이동하는 수송 메커니즘을 밝혀냈다. 이러한 현상을 이용하면 기존 전자 소자보다 더욱 작고 빠른 소자를 개발할 수 있다. 즉 그래핀을 이용해 더욱 작고 빠른 컴퓨터 칩을 만들 수 있는 가능성을 찾아낸 것이다. 이중층 그래핀은 두 겹의 그래핀 층으로 구성된 소재로 외부 전기장을 이용해 전자의 이동에 중요한 밴드 간극(band gap)을 조절할 수 있다. 밴드 갭은 전자가 움직일 수 있는 에너지 영역으로, 고속도로와 차와 비유하면 밴드 갭이 크면 차선이 좁아서 전자가 움직이기 어렵고, 밴드 갭이 작으면 차선이 넓어서 전자가 자유롭게 움직일 수 있다. 이 때문에 기존의 트랜지스터를 뛰어넘는 차세대 정보 기술인 '밸리트로닉스'의 핵심 소재로 주목받고 있다. 밸리트로닉스는 기존 전자 소자나 스핀트로닉스보다 빠르고 효율적인 데이터 처리가 가능하다. 밸리트로닉스에서 중요한 개념 중 하나는 '계곡 홀 효과'다. 이는 전자가 물질 내부에서 특정 에너지 상태(계곡)를 따라 이동하며, 전자의 흐름 방향이 나뉘는 현상을 의미한다. 그로 인해, 전기가 흐르지 않아야 할 곳에서도 저항이 나타나는 '비국소 저항'이라는 독특한 현상이 발생한다. 연구진은 이중층 그래핀의 비국소 저항 발생 원인을 밝히기 위해 이중 게이트 구조로 밴드 간극을 조절할 수 있는 그래핀 소자를 제작했다. 그리고, 자연적으로 형성된 가장자리와 '반응성 이온 식각 공정'으로 가공된 깎아낸 가장자리를 비교해 전기적 특성을 분석했다. 그 결과, 자연적으로 형성된 가장자리에서는 비국소 저항값이 기존 예측값과 일치했다. 반면, 식각 공정으로 가공된 가장자리에서는 저항값이 예측값보다 무려 100배 이상 증가했다. 저항값이 급증했다는 것은 전자기기의 성능이 저하될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터의 처리 속도가 느려지거나, 전력 소비가 증가할 수 있다. 이는 단점으로 보이지만, 이러한 현상을 이용해 새로운 종류의 전자 소자를 개발할 수 있는 가능성이 열린 셈이다. 예를 들어, 매우 민감한 센서나 특수한 기능을 가진 메모리 소자 등을 개발할 수 있다. 정현우 통합과정생은 "소자 제작 과정에서 필수적으로 사용되는 식각 공정이 비국소 전송에 미치는 영향이 지금까지 충분히 고려되지 않았다"며, "이번 연구는 이러한 문제를 재조명하고, 앞으로 밸리트로닉스 소자의 설계와 개발에 중요한 단서를 제공할 것"이라고 말했다. 한편, 연구진은 이번 연구 성과를 나노 기술 분야 국제 학술지인 '나노 레터스(Nano Letters)'에 발표했다.    monarch@fnnews.com 김만기 기자

대구·경북을 획기적으로 발전시킬 것으로 기대되는 ‘지식창조형 대구경북경제자유구역’ 지정이 이뤄짐으로써 지역 경제활성화는 물론 지역이 한단계 도약할 수 있는 새로운 전기를 마련하게 됐다. 21일 재정경제부는 경제자유구역위원회를 열고 대구·경북, 경기·충남(평택·당진), 전북(군산·새만금), 전남(목포·무안), 강원(삼척·동해) 등 5개 신청지 가운데 대구·경북을 비롯한 3개 지역을 경제자유구역 후보지로 선정했다. 이에 따라 대구·경북 경제자유구역은 글로벌 지식창조형 경제자유구역으로 내년부터 2020년까지 대구, 구미, 경산, 영천 일원에 34㎢ 규모로 조성된다. ◆경제자유구역 지정에 따른 경제적 의미 경제자유구역 지정은 대구경북이 힘을 합쳐 이뤄낸 성과로 내륙형 경제자유구역의 새로운 모델로 그 의미는 매우 크다. 대구경북경제자유구역은 동북아 지식기반산업 중심도시, 지역특화 지식기반산업 육성, 글로벌 산업클러스터 구축 등을 목표로 대구광역시와 경산시, 영천시, 구미시 일원 10개 지구가 2020년까지 단계적으로 조성된다 이에 따라 대구경북경제자유구역은 내년부터 2020년까지 대구, 구미, 경산, 영천 일원 10개 지구 34㎢에 4조632억원(국비 5990억원, 지방비 1조216억원, 민자 2조4426억원)이 투입돼 개발된다. 이번 지정으로 지역에서 시급한 기반시설이 조기에 구축되고 각종 규제완화, 파격적인 인센티브와 조세혜택으로 외국인 기업과 자본 유치가 활성화 전개될 것으로 전망했다. 대구경북연구원은 경제자유구역 따른 파급효과로 생산유발 효과가 69조원에서 99조원, 부가가치 유발효과를 28조원에서 58조원, 고용창출 효과를 12만6000명에서 17만3000명이 될 것으로 분석했다. ◆지식창조형 대구·경북 경제자유구역 청사진 대구경북금호강 지식서비스 밸리로 수성의료지구, 경산학원연구지구, 대구혁신도시지구, 국제문화산업지구, 국제패션디자인지구(이시아폴리스), 대구테크노폴리스지구 등 6개 지구가, 낙동IT 밸리로 구미첨단디지털산업지구, 성서IT첨단산업지구 등 2개 지구가, 영천부품소재 밸리로 영천첨단부품소재산업지구, 영천하이테크파크지구 등 2개 지구로 총 10개 지구로 구성돼 있다. ▷수성의료지구는 수성구 대흥동, 고모동, 이천동 일원 180여만㎡에 국제적인 교육의 특화지구, 의료관광시설 및 교육R&D 시설, 의료기능 등을 중심으로 한 의료특화지구가 조성된다. ▷경산학원연구지구는 경산 하양읍 대학동 일원 564만㎡에 대학도시 경산의 특성을 살린 학원연구지구가 만들어진다. 이곳에는 외국대학 유치, 국제에듀파크 등 국제적 학원연구시설 조성을 위해 외국 대학단지, 국제에듀파크, u-IT R&D센터, 기업지원센터 등이 들어선다. ▷대구혁신도시지구는 12개 공공기관이 이전할 동구 신서동 일원 혁신도시 420여만 ㎡(127만 평)에는 학술진흥재단, 교육학술정보원 등을 집적, 국제학술클러스터를 조성한다. ▷국제문화산업지구는 남구 대명동 계명대 캠퍼스 일원 6만7000㎡에 게임테마 컴플렉스, 게임 콘텐츠 비즈니스 빌딩 등을 건립해 국제적인 게임산업단지와 문화산업단지로 육성한다. ▷국제패션디자인지구는 동구 봉무동 일원 117만㎡에 외국디자인전문학교와 섬유패션대학을 설립하고 산업시설존, 상업시설존을 만들어 섬유·패션, 스마트웨어 중심의 국제적인 패션도시로 만들어 진다. ▷대구테크노폴리스는 달성군 형풍면, 유가면 일원 727만㎡에 대구경북과학기술연구원, 국립대구과학관, 융합기술대학원 등이 들어서 동남권 중심 과학기술연구단지로 조성된다. ▷구미디지털산업지구는 구미시 산동면 일원 626만㎡에 모바일 R&D와 IT전문대학원을 유치·집적시키기 위해 산업단지, R&D센터, 국제업무 및 교육단지, 배후주거단지를 만들 계획이다. ▷성서5차첨단산업지구는 달성군 다사읍 세천리 147만 ㎡(45만 평)에는 정보통신, 모바일, 전기·전자 등 첨단산업단지와 생산지원시설이 들어선다. ▷영천첨단부품소재산업지구는 금호읍 구암리 일원 166만㎡에 하이브리드 부품소재 중심의 산업단지를 조성하고 R&D센터, 기업지원센터도 유치할 계획이다. ▷영천하이테크파크지구에는 영천시 매산동 일원 517만㎡에 지능형 자동차부품단지, R&D 센터, 미래형자동차 테마파크를 조성, 첨단메카트로닉스 중심의 산업단지 등으로 조성된다. ◆ 향후 대구경북경제자유구역지정 추진 방향 대구경북경제자유구역지정은 시·도민 100만명이 지구지정을 촉구하는 서명을 하고 시·도, 경제계, 정치권, 대학 등이 힘을 합쳐 성사 시킴으로 의미는 더 크다. 시·도민은 자유구역지정으로 외국기업, 병원, 학교 등의 유치를 위한 기반이 조성되고 투자제한이 대폭 철폐돼 지역발전을 위한 획기적 전기가 될 것으로 기대하고 있다. 이에 대구시와 경북도는 내년 1월 12면내외의 준비기획단을 발족, 토지이용 및 광역교통망 확충, 환경보전계획 등을 관련 부처와 협의를 통해 완료해 내년 5월 경제자유구역청(조합) 규약을 제정하고 경제자유구역청의 기구 및 정원 안을 마련 상반기 중 행정자치부의 승인을 얻어 내년 7월 경제자유구역청(조합)을 개청할 방침이다. 김범일 대구시장과 김관용 경북도지사는“경제자유구역 지정은 2011 세계육상선수권대회 유치와 더불어 대구·경북이 힘을 합쳐 이뤄낸 쾌거로, 국가와 지역발전을 이끄는 견인차 역할을 하는 내륙형 경제자유구역 모델로 발전할 수 있도록 최선을 다하겠다”며 “대구경북이 동북아 지식기반산업의 거점지역으로 설장할 수 있도록 시·도민들이 역량을 모아 줄 것”을 당부했다. /대구=kjbae@fnnews.com배기재기자