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지금의 실리콘 반도체는 소자가 수 나노미터(nm) 수준으로 미세해지면서 전력 소모 급증, 발열, 누설 전류와 같은 난제에 부딪혀 있다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 종이처럼 얇은 원자 층 두께의 ‘인듐 셀레나이드’에 주목했다. 이 소재는 전자가 장애물에 걸리지 않고 빠르게 이동하는 ‘탄도형 수송’ 특성이 우수하다. 전자의 유효질량도 매우 작아 적은 에너지로도 고속 동작이 가능하다. 또 원자 배열에 따라 전기적 성질을 스스로 기억하는 ‘강유전체’ 특성을 동시에 갖추고 있어 차세대 반도체 소재로서 완벽한 조건을 갖추고 있다.
연구진은 인듐 셀레나이드가 연산(논리)과 저장(메모리) 기능을 하나의 소재에서 동시에 수행할 수 있다는 점을 강조했다. 이는 데이터의 연산과 저장이 분리돼 에너지가 낭비되던 기존의 ‘폰 노이만’ 구조를 탈피해 데이터 이동 경로를 획기적으로 줄이는 ‘인메모리 컴퓨팅’ 구현이 가능함을 시사한다. 이를 통해 연구진은 초미세 양자 트랜지스터부터 비휘발성 메모리까지 확장 가능한 구체적인 기술 경로를 제시했다.
송승욱 교수는 “이번 연구는 인듐 셀레나이드라는 양자 반도체가 단순한 신소재를 넘어 새로운 컴퓨팅 패러다임을 제시했다는 데 의미가 있다”며 “향후 양자 정보 기술과 저전력 반도체 기술을 잇는 핵심 플랫폼으로 발전할 것”이라고 밝혔다.
