울산과학기술원(UNIST·총장 이용훈)은 유정우 신소재공학부 교수팀이 스핀 열전 발전에 쓰이는 '분자기반 자기절연체'를 개발했다고 22일 밝혔다.
이 자기절연체는 스핀파를 생성하는 특성이 뛰어날 뿐만 아니라 상온에서 합성 가능해 기존 산화물 기반 자기절연체를 대체할 기술로 주목받고 있다. 연구 성과는 네이쳐 커뮤니케이션즈 2월 16일자에 실렸다.
스핀 열전은 열을(온도차) 전기에너지로 바꾸는 차세대 발전 기술 가운데 하나다. 매개로 스핀류를 이용한다. 자기절연체 내부 온도차에 의해 발생한 스핀류가 도체로 이동해 전류를 일으킨다. 일반 열전소자로 충분한 전류를 얻으려면 소자 두께를 늘려야하지만 스핀 열전소자는 나노미터 수준의 얇은 두께로도 전류를 얻을 수 있다. 넓은 평판 형태로 제작할 수 있고, 열을 전기로 바꾸는 효율도 높다.
문제는 현재 스핀 열전소자 재료로 연구되고 있는 산화물 자성절연체가 전자기기 등을 손상시키고, 제조 과정에서는 고온을 견디는 기판이 필요하다는 점이다.
유 교수팀이 개발한 '분자기반 자기절연체'는 상온 합성이 가능해 각종 전자기기, 의류, 가전제품에 부착하는 얇고 유연한 형태의 열전소자로 적용 가능하다. 기존 산화물 절연체보다 박막의 스핀류 생성과 스핀류 주입 능력이 우수해 발전 효율이 높다.
유 교수팀은 분자기반 자기절연체의 우수한 스핀류 생성 능력과 스핀류 주입 효과가 있음을 입증했다. 스핀 열전발전뿐만 아니라 신개념 전자공학인 스핀트로닉스 분야에도 활용이 기대된다.
유 교수는 “고온 공정 때문에 산화물 자기절연체를 쓸 수 없었던 스핀 열전, 차세대 자성 메모리 소자 개발 등에 쓰일 수 있는 원천 기술”이라 말했다.
이번 연구에는 UNIST 신소재공학과 출신 박정민 연구원(KBSI 소속), UNIST 서준기 교수, KIST 소속 민병철 연구원, UNIST 신소재공학과 출신 단국대 진미진 교수가 참여했다.
한국연구재단 나노·소재기술개발사업과 EE-MAP(에너지·환경소재 측정분석 플랫폼 개발)연구단의 지원을 받았다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
