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인공지능(AI), 5세대(5G) 이동통신서비스, 더 나아가 자율주행 자동차와 로봇으로 대표되는 4차 산업혁명은 시스템 반도체의 발전과 밀접하게 연관돼 있다. 각 산업 분야를 대표하는 핵심 제품들이 초소형, 고성능의 시스템 반도체로 구현될 수 있기 때문이다. 현재는 기존의 실리콘 기반 반도체를 이용해 정보를 순차적으로 처리하기 때문에 실시간 정보 처리를 위해서는 센싱 부분과 디지털 정보 처리 장치의 보완이 필요했다. 또한 입력되는 신호를 순차적으로 디지털화하는 과정에서 높은 에너지 소모와 긴 대기 시간이 발생하는 것도 문제로 지적됐다.
이런 상황에서 우리 뇌를 닮은 인체모사소자는 새로운 대안으로 떠올랐다. 인간의 눈으로 들어온 시각 신호를 뇌에서 인식하고 처리하는 데 걸리는 시간은 수 초 이내다. 만약 반도체 전자소자가 인간 뇌가 데이터를 처리하는 세포 간 연결(시냅스) 동작을 그대로 따라할 수 있다면 막대한 사이즈의 서버 부피를 줄이고 빠른 통신, 정보 처리 속도를 얻을 수 있을 것이다. 대용량 데이터를 빠르고 효율적으로 처리하기 위한 초저전력, 고집적화, 높은 반응 속도를 가진 인체모사소자는 통신 및 계산 부하를 줄이는 획기적인 방법으로 기대를 모으고 있다.
조수연 교수팀의 이번 논문은 인체모사소자와 같이 고집적화되고 높은 반응 속도를 보이는 차세대 반도체 소자 개발을 목표로 아주 작은 범위에서 저차원 소재의 다양한 구조상과 동작을 제어하기 위한 다양한 연구 결과를 보고하고 그 중요성을 소개하고 있다. 또한 앞으로 많은 후속 연구를 통해 저차원 소재가 기존의 금속-절연체 전이뿐만 아니라 2차원 재료의 자성 상태, 강한 상관관계에서의 밴드 구조 및 위상 관계의 변화로 인한 상전이를 활용할 수 있음을 보고했다. 특히 전기적, 광학적 및 플라즈마 등의 후처리를 이용한 구조상 제어가 새로운 낮은 차원의 상경계를 형성해 새로운 소재를 개발할 가능성으로 이어질 수 있음을 입증했다. 이를 활용한다면 5G 서비스를 기반으로 한 대용량 실시간 서비스를 위한 빠른 데이터 처리가 가능해져 자율주행기술과 같이 실시간으로 높은 반응 속도를 요구하는 기술들의 활용이 더욱 수월해질 것으로 기대된다.
본 연구를 수행한 이화여대 화공신소재공학전공은 ‘이화 프론티어 10-10’ 저탄소-그린에너지 화학공정 선도연구사업단(단장 김우재 교수)의 지원을 받고 있다. 이화 프론티어 10-10 사업은 이화여대의 세계적 연구중심대학 도약을 이끌어 나갈 선도분야와 도전분야 사업단 선정을 통해 학교의 경쟁력을 높이기 위해 추진 중인 사업이다. 태양광, 그린수소 등 친환경 에너지 개발, 저탄소 화학공정 및 친환경 신소재 개발, 전기차, 수소연료전지차 개발 등 6개 분야에서 국내 최고 수준의 연구력을 보유하고 있는 이화여대 화공신소재공학전공은 이화 프론티어 10-10 사업 지원을 받아 2050 탄소중립 목표 달성을 위한 다각적 융합연구를 수행하며 탄소중립 연구의 글로벌 선도 그룹으로 나아간다는 계획이다.
