국립경국대 공동연구팀, 차세대 AI 반도체 핵심소재 개발

세계적 학술지 '어드밴스드 사이언스' 논문 게재
습도 따라 전도성 115만 배 변하는 혼합전도체 구현

국립경국대 공동연구팀이 인간의 뇌 신경 시스템을 모사할 수 있는 차세대 인공지능(AI) 반도체 핵심소재 개발에 성공했다. 왼쪽부터 이번 논문의 교신저자인 송인택 교수와 제1 저자인 박광민 군. 국립경국대 제공

국립경국대학교 공동연구팀이 인간의 뇌 신경 시스템을 모사할 수 있는 차세대 인공지능(AI) 반도체 핵심소재 개발에 성공했다. 특히 이번 연구 성과는 세계적 학술지인 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 온라인판에 게재되며 학계의 주목을 받고 있다.

연구 결과는 국립경국대 화학생명공학전공 송인택 교수 연구팀과 연세대 임대운 교수, 광주과학기술원(GIST) 임현섭 교수, 경상국립대 윤석민 교수, 한국기초과학지원연구원(KBSI) 주희영 박사 연구팀과 공동 수행해 이뤄냈다.

이번 연구는 양성자와 전자가 하나의 소재 안에서 동시에 이동할 수 있는 '혼합 양성자-전자 전도체' 개발에 초점을 맞췄다.

연구팀은 기존에 자체 개발한 니켈 기반 혼합전도체 'Ni-BAND'를 바탕으로 니켈 원자를 코발트(Co)로 치환한 새로운 소재 'Co-BAND'를 개발했다.

특히 'Co-BAND'는 건조 상태에서는 절연체에 가까운 특성을 보이지만 습도 변화에 따라 전도성이 약 115만 배까지 달라지는 성능을 입증했다. 연구팀에 따르면 이는 단일 상 소재 기준 세계 최고 수준이다.

아울러 연구팀은 'Co-BAND' 기반 소자가 저전력 AI 반도체 핵심 기술인 뉴로모픽 소자 구현에도 활용 가능하다는 점도 확인했다.

실제 연구에서는 메탄올과 에탄올, 아세톤 등 화학 기체 증기를 활용해 학습 방식을 외부에서 조절하는 '화학적 신경조절' 기능도 구현했다. 이는 뇌 속 신경조절물질이 신경 신호를 조절하는 원리를 분자 수준에서 구현한 것이다.

송인택 교수는 "이번 연구는 혼합전도체 분야의 새로운 가능성을 제시한 성과"라며 "뇌의 신경 시스템을 정교하게 모사하는 지능형 소자 구현 가능성을 확인했다"고 말했다.

제1저자인 박광민 연구원은 "차세대 AI 소자와 스마트 소재 분야에서 의미 있는 연구 성과를 이어갈 수 있도록 노력하겠다"고 밝혔다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업과 글로벌 기초연구실 사업, 미래수소 원천기술개발사업, 과학기술정보통신부 InnoCORE 프로그램 지원을 받았다.