(Researchers have built a molecule-sized transistor that can reportedly control the flow of single electrons, paving the way for the next generation of nanomaterials and miniaturized electronics
(Credit: U.S. Naval Research Laboratory))
미국, 독일, 일본의 국제 연구팀이 차세대 트랜지스터라고 할 수 있는 분자 트랜지스터 현실화에 한 걸음 더 다가갔다고 합니다. 미 해군 연구소(U.S. Naval Research Laboratory)의 발표에 의하면 연구팀은 분자 하나 주변에 12개의 원자를 놓고 트랜지스터를 만들었으며, 이 분자 트랜지스터의 크기는 지름 2nm에 불과하다고 합니다. 더 놀라운 사실은 한 개의 전자를 이용해서 정보를 저장할 수 있다는 것입니다.
현재 미세화의 극한에 다가선 반도체는 말단의 폭이 원자 30개 수준에 불과한 회로를 만들 수 있는 경지에 이르렀습니다. 하지만 점차 미세화가 극한에 달하면 물리적 한계에 도달할 수 밖에 없습니다. 특히 원자 하나의 크기에 가까워지면서 양자 역학적 효과가 나타나는 것이 큰 문제로 대두되고 있습니다.
이와 같은 물리적 한계를 극복하기 위한 방법은 여러 가지가 제안되고 있는데, 그 중 하나가 바로 이런 분자 트랜지스터(molecular transistor)입니다. 사실 실험적인 분자 트랜지스터는 이전에도 개발된 바 있습니다. 그러나 이 경우 트랜지스터의 온오프를 불과 하나의 전자의 위치에 의존해야 하는 문제가 발생합니다. 결국 믿을 수 있는 정확성을 가진 분자 트랜지스터는 매우 만들기 어려웠다고 합니다.
독일의 Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik (PDI) 및 Freie Universität Berlin (FUB), 일본의 NTT Basic Research Laboratories (NTT-BRL), 그리고 미 해군 연구소의 과학자들은 고성능의 scanning tunneling microscope (STM)을 이용해서 인듐 비소(indium arsenide) 크리스탈 위에 프탈로시아닌(phthalocyanine, 주로 염료 등으로 사용되는 유기 화합물) 분자를 가운데 두고 12개의 인듐(indium) 원자를 배치한 분자 트랜지스터를 만들었습니다.
이들이 만든 분자 트랜지스터는 육각형 모양으로 위치한 인듐 원자가 게이트 역할을 하며 전자 한 개가 터널을 통해서 오갈 수 있는 구조라고 합니다. 연구팀에 의하면 이 트랜지스터는 전자의 흐름을 훨씬 신뢰성 있게 조절할 수 있다고 합니다.
이는 좋은 소식이기는 하지만 이것만 가지고 분자 트랜지스터를 응용한 거대한 프로세서 개발이 가능한 것은 아닙니다. 복잡한 미세 회로를 STM 같은 방식으로 생산할 수는 없는 일이기 때문입니다. 다만 필요는 발명의 어머니인 만큼 앞으로 기술적 어려움을 극복해 나간다면 미래에는 분자 트랜지스터 기술이 우리 곁으로 다가올 수 있을 것으로 기대할 수 있을 것 같습니다.
이 연구는 Nature Physics 에 실렸습니다.
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