ETRI 김현탁 박사팀, 56년의 현대물리 난제 풀었다

무려 56년 동안이나 풀지 못했던 현대 물리의 난제가 국내 연구진에 의해 세계에서 처음으로 완전 해결됐다.

국내 연구진은 '절연체(부도체)는 전기가 통하지 않는다'는 기존 일반상식을 깨고, 절연체를 전기가 통하는 금속체로 바꿀 수 있는 새로운 물질 속 자연현상의 원리를 이론으로 정립하고 실험을 통해 직접 확인했다.

따라서 아직까지 미해결로 남아 있는 다른 물리현상들에 대한 해결 실마리를 제공해 앞으로 물리학상 획기적인 전기를 마련할 것으로 기대를 모으고 있다.

한국전자통신연구원(ETRI) 기반기술연구소 테라전자소자팀(팀장 김현탁)은 현대물리의 미해결 문제인 '모트 금속-절연체 전이(MIT, Mott Metal-Insulator Transition) 현상'을 규명했다고 1일 발표했다.

이 현상은 세계적인 물리학 저널인 뉴 저널 오브 피직스(New Journal of Physics)와 어플라이드 피직스 레터(Applied Physics Letter)에 각각 2004년 5월, 2005년 6월에 실려 국내외 관련분야 학자들로부터 큰 반향을 불러 일으켰다.

지난 1949년 영국 캠브리지대학 모트 교수(노벨 물리학상 수상자)가 '금속에서 전도전자들 사이에 쿨롱에너지가 매우 크면 물질의 구조적 변화없이 갑자기 모트절연체로 전이가 일어날 수 있다'는 예언 이후 처음으로 밝혀진 것이다.

이 이론의 증명을 위해 ETRI 연구팀은 우선 금속-절연체 전이형 소자를 제작하고, 전류-전압특성 측정으로부터 불연속적 점프인 금속-절연체 전이현상 등을 직접 실험해 관측했다.

이와 함께 MIT 현상을 일으키는 새로운 기능의 모토 트랜지스터를 처음으로 개발했다. 현재 반도체 트랜지스터는 크기가 어느 한계 이하로 작아지면 전류의 크기가 작아져서 트랜지스터로 작동할 수 없는 단점이 있다.

그러나 모토 트랜지스터는 고속 스위칭이 가능하고 많은 전류를 흘릴 수 있어 반도체 트랜지스터의 새로운 대안이 될 수 있다.

특히 이 MIT 현상의 응용기술 분야가 전기 전자기기의 잡음 제거 소자, 광소자, 차세대 메모리, 차세대 디스플레이 등 다양한 것으로 전망돼 응용기술들이 미래산업에 미치는 영향이 막대할 것으로 ETRI는 예측하고 있다.

연구책임자인 김현탁 박사는 "현재 응용소자와 향후 이들의 대량생산화를 위한 원천기술 개발에 박차를 가하고 있다"면서 "특히 고전압 잡음제거용 MIT소자 상용화를 위해 노력하고 있다"고 밝혔다.

임주환 ETRI 원장은 "지식재산권 확보를 위해 16건의 국내외 원천 및 응용특허를 출원하고 이미 3개가 등록됐다"며 "다양한 응용기술 개발이 가능해 차세대 성장동력이 될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.