영남대 류정호 교수팀, 차세대 반도체·양자컴퓨터용 나노 신소재 개발

나노 구조 제어로 다강체 한계 극복…세계 최초 상온 전기-자기 결합 구현
국제 공동연구로 학술지 Advanced Functional Materials 게재

나노 클러스터 기반 다강체 소재의 원자단위 미세조직 분석과 전기적 및 자기적 특성. 영남대 제공

전기와 자성을 동시에 제어할 수 있는 미래형 소재가 국내·외 연구진에 의해 탄생했다.

영남대학교(총장 최외출)는 신소재공학부 류정호 교수 연구팀이 차세대 반도체와 양자 컴퓨터에 활용 가능한 새로운 다기능 나노 소재 개발에 성공했다고 8일 밝혔다. 연구팀은 전기와 자성을 상호 제어할 수 있는 소재를 구현함으로써 기존 다강체 소재의 구조적 한계를 극복했다.

이번에 개발된 소재는 대표적인 다강체인 BiFeO₃ 박막에 Ba(CuNb)O₃ 물질을 나노 단위로 정교하게 배치해 내부에 미세한 구조 변화를 유도하고, 이를 통해 '플렉소일렉트릭 효과(flexoelectric effect)'를 발생시켰다. 그 결과, 전기 및 자기 특성이 동시에 강화되는 새로운 물성을 구현하는 데 성공했다.

기존 다강체가 화학 조성 변화에 의존했다면, 이번 연구는 단순한 나노 구조 제어만으로 뛰어난 특성을 구현해낸 것이 특징이다. 특히 상온에서도 강한 전기-자기 결합 특성이 확인되면서, 저전력·고속 메모리 소자, 고감도 센서, 양자 소자 등 다양한 산업 분야에 적용 가능성이 높은 것으로 평가된다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐으며, 류정호 교수 연구실을 중심으로 포항공대 최시영 교수, 인하대 정대용 교수팀이 공동 참여했다. 서울대, KAIST, 미국 위스콘신대, 일본 오사카대, 인도 국립물리연구소 등 국내·외 연구기관이 협력한 국제 공동연구 결과다.

연구 성과는 신소재 분야 국제 권위 학술지 'Advanced Functional Materials'(영향력지수 18.5, 재료과학 분야 상위 4.1%) 지난 2월에 게재됐다. 논문의 제1저자는 영남대 송현석 박사과정생과 포항공대 황수윤 박사이고, 교신저자는 류정호(영남대), 최시영(포항공대), 정대용(인하대) 교수가 맡았다.

류정호 교수는 "나노 구조 제어를 통한 새로운 물성 부여는 기존 반도체 기술을 뛰어넘는 차세대 전자·양자 소자 개발에 핵심적인 역할을 할 것"이라며 "이번 연구는 양자 기술을 포함한 미래 산업 핵심 재료 설계에 새로운 방향성을 제시했다"고 말했다.