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Mar 09, 2023

새로운 스커미온 트랜지스터로 양자 및 AI 연구 추진

2023년 5월 25일 이 기사

2023년 5월 25일

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국립과학기술연구회

에너지 위기가 고조되는 시대에 세계는 우수한 성능과 함께 초저전력 소비를 약속하는 스핀트로닉스 기술의 변혁의 벼랑에 서 있습니다. 잠재력을 설명하기 위해 다음을 고려하십시오. 2016년 유명한 바둑 게임에서 AlphaGo가 소비한 전력은 100가구의 일일 전력 사용량과 동일합니다. 2021년까지 Tesla의 자율주행 AI는 학습을 위해 10배 이상의 전력을 필요로 합니다.

이러한 수요 증가에 맞춰 한국표준과학연구원(KRISS)이 스커미온을 제어할 수 있는 트랜지스터를 세계 최초로 개발했다. 이번 성과는 차세대 초저전력 소자 개발의 초석을 마련하고 양자 및 AI 연구에 크게 기여할 것으로 기대된다. 연구 결과는 Advanced Materials 저널에 게재되었습니다.

소용돌이 모양의 스핀 구조로 배열된 스커미온은 수 나노미터까지 소형화할 수 있어 매우 낮은 전력으로도 움직일 수 있다는 점에서 독특하다. 이러한 특성은 스핀트로닉스 응용 분야의 발전에 있어 중요한 요소로 자리매김하고 있습니다.

21세기 전자공학의 폭발적인 성장은 1947년 미국 벨연구소의 트랜지스터 발명으로 거슬러 올라간다. 전류의 증폭기 및 스위치 역할을 하는 트랜지스터는 전자 공학 분야에서 중추적인 역할을 해왔습니다. 2009년 스커미온의 발견은 스커미온 기반 트랜지스터에 대한 광범위한 연구를 촉발시켰지만 스커미온 움직임을 제어하는 ​​데 필수적인 기술이 부족하여 이러한 노력은 좌절되었습니다.

이러한 병목 현상은 KRISS가 새로 개발한 스커미온 트랜지스터로 극복되었습니다. 이 트랜지스터는 자성 재료에서 생성된 스커미온의 움직임을 전자적으로 관리하는 독점 기술을 활용합니다. 이 혁신적인 솔루션을 사용하면 기존 트랜지스터가 전류를 변조하는 방식과 유사하게 스커미온 흐름 또는 정지를 정밀하게 제어할 수 있습니다.

자기 스커미온 운동 관리의 중요한 측면은 스커미온 에너지에 영향을 미치는 자기 이방성을 제어하는 ​​데 있습니다. 이전 연구에서는 소자 내 산소 이동을 통해 자기 이방성을 조절하려고 노력했지만 균일한 제어를 달성하지 못했습니다.

KRISS 양자스핀팀은 이러한 난제를 극복하고 산화알루미늄 절연체 내 수소를 활용해 자기 이방성을 균일하게 제어하는 ​​획기적인 방법을 개발해 세계 최초로 스커미온 트랜지스터 실험 구현에 성공했다.

이 이정표는 연구소의 2021년 스커미온 생성, 삭제 및 이동 성과에 이어 스핀트로닉 장치의 또 다른 기반 기술을 나타냅니다. 스핀트로닉스 트랜지스터의 출현으로 뉴로모픽 및 논리소자와 같은 스핀트로닉스 기반 소자의 개발이 가속화될 것으로 예상되며, 이는 기존 전자 소자에 비해 전력 소비, 안정성 및 속도 면에서 상당한 이점을 제공합니다.

KRISS 양자기술연구소 황찬용 소장은 “국내 주요 기업들은 기존 실리콘 반도체의 한계를 뛰어넘어 스핀트로닉스를 활용한 차세대 반도체로 방향을 돌리고 있다”며 “앞으로도 스핀트로닉스 관련 기술을 고도화해 나갈 계획”이라고 말했다. 더 나아가 이를 차세대 반도체소자 및 양자기술에 접목시킬 것입니다."