차세대 반도체 후보물질 발견

(아주경제 권석림 기자) 차세대 반도체 소재로 활용할 수 있는 새로운 물질이 국내 연구진에 의해 발견했다.

교육과학기술부와 한국연구재단은 양찬호 한국과학기술원(KAIST) 교수가 주도하고 박재훈·정윤희 포스텍 교수, 김기훈 서울대 교수가 참여한 연구팀이 비스무스(Bi) 철산화물 단결정 박막에서 강유전(ferroelectricity) 상전이(Phase transition) 온도와 자성 상전이 온도가 같아지는 현상을 확인했다고 22일 밝혔다.

강유전은 전기장을 걸지 않아도 자연 상태에서 양이온과 음이온으로 분리돼 주변에 전기장이 형성된 상태를 말한다.

상전이 온도란 물질이 갖는 성질(phase)이 바뀌는 특정 온도로, 예를 들어 어떤 온도에서 어떤 강유전체가 전기장을 잃는다면 그 온도를 ‘강유전 상전이’ 온도라고 한다.

비스무스(Bi) 철산화물은 강유전체인 동시에 자기장을 만드는 자성체, 즉 전기·자기적 성질을 모두 가진 ‘다강체(mulitiferroic)’다.

연구진에 따르면 비스무스 철산화물을 특정 기판 위에서 압축해 단결정 박막으로 만들자, 같은 온도에서 강유전과 자성의 상전이가 이뤄지는 것을 발견했다.

두 이질적 현상이 하나의 물질에서 동시에 일어나는 것은 대단히 희귀한 일로, 전례가 없다.

이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 과학전문지 ‘네이처(Nature)’의 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)’에 실렸다.