“한국의 과학자들이 56년 만에 현대 물리학의 난제를 해결했다.”
김현탁 한국전자통신연구원 박사의 금속-절연체 전이(MIT:Metal Insulator Transition) 현상’ 구명 사실이 알려지면서 세계 물리학계에 큰 반향이 일고 있다. 이 결과는 세계적인 물리학 저널인 ‘뉴 저널오브 피직스’와 ‘어플라이드 피직스 레터’에 지난해 5월과 올해 6월 각각 공개돼 전세계 과학자들을 놀라게 했다.
세계 물리학계는 물론이고 IT업계도 이번 성과가 반도체 연구와 시장에 어떠한 영향을 미칠지 따져 보며 실리콘을 대체할 수 있는 바나듐 옥사이드(V2O5)의 활용 가능성에 주목하는 분위기다.
◇세계 물리학계 관심 집중=일본에서 손꼽히는 물리학자인 다나카 야스모토 첨단과학기술연구소(AIST) 박사는 이번 성과에 대해 “전자회사들이 관심을 갖는 전기장에 의한 스위칭 효과를 통일할 수 있는 가능성을 높였다”고 격찬했다.
실제 김 박사는 “IBM이 기술이전을 제의해 왔고, 미국의 저명한 물리학자인 샌디에이고대학 드미트리 바소브 교수는 공동연구를 제안해 왔다”고 밝혔다.
바소브 교수는 “ETRI 연구 결과는 전형적인 모트 절연체인 바나듐 산화물에서 일어나는 복잡한 효과를 이해시키는 데 크게 기여했다”고 평가했다.
이로 인해 물리학계에서는 고온 초전도나 자성체의 거대 자기저항, 고체·액체·기체에서 일어나는 절연파괴 등 지금까지 미해결로 남아 있는 다른 물리현상에 해결 실마리를 제공할 것으로 보고 있다.
ETRI 연구진은 “이번 연구 결과가 금속제어 시대로 접어드는 획기적인 계기를 마련했다”고 판단하고 있다.
◇활용범위는=차세대 초고속(40Mbps) 광신호 검출기나 빛을 내는 발광소자, 비휘발성 메모리 분야 등에서 반도체 소자의 크기가 줄어들 때 전류량도 함께 감소해 나타나는 ‘사이즈 효과’의 한계성을 극복하게 된 것이 가장 큰 성과 중 하나다.
휴대폰이나 컴퓨터, 계측기, 자동제어시스템에 들어가는 전기·전자시스템에서 잡음신호를 제거하거나 갑작스러운 고전압에 의한 시스템 파괴 등을 막을 수 있는 소자로 활용할 수 있다. 또 열감지 능력이 탁월한 점을 이용해 화재 경보기나 미사일 추적장치, 군용 열상 장비, 적외선 카메라, 발열 시스템 감지용 센서로도 활용할 수 있다. 이 외에도 △전자소자 △광소자 △메모리 소자 △RF소자 △디스플레이 분야 등 활용도가 무궁무진하다.
◇ETRI의 향후 계획은=ETRI 연구진 5명은 이미 열감지 소자 5개를 MIT소자 1개로 대체할 수 있는 열감지 센서와 2차전지 방전 소자 개발을 진행중이다.
ETRI가 사용한 재료는 일단 실리콘과 값이 비슷하고 구하기 쉬운 바나듐 옥사이드다. 실험실 수준에서 검증과 확인작업이 이루어지고 있으며 2∼3년 뒤면 대량 생산이 가능할 것으로 예측하고 있다.
이와 함께 ETRI는 시간과 예산상 제한을 감안, 5년 내 상용화 가능성이 예상되는 △전지보호 소자 △스위칭 소자 △나노소자 △MIT밀리미터파/광파용 스위치 △MIT 광검출기 및 레이저 △차세대 저항성메모리(ReRAM ) △RF 스위치 △MIT 전계방출디스플레이(FED) △배리스터 △초고전압 잡음 검출 소자 분야부터 연구에 착수할 방침이다.
강광용 단말부품연구부장은 “정부의 지원 여부에 따라 결정되겠지만 새로운 센터를 설립해도 될 정도로 기대를 걸고 있다”며 “지난 98년 김 박사와 둘이 처음 연구를 시작할 때만 해도 주목받지 못했던 분야였으나 지금은 선진 각국이 맹추격하고 있다”고 말했다.
대전=박희범기자@전자신문, hbpark@
사진: ETRI가 절연체-금속 전이 현상을 구명하고 이 이론을 실제 적용해 제작한 열감지 센서와 2차전지 방전소자.
