인더뉴스 제해영 기자ㅣ부산대학교(총장 최재원)는 물리학과 이재광 교수 연구팀이 성균관대학교, 포항공과대학교 연구진과 함께 산화물 내 강유전성을 원자 수준에서 정밀 제어할 수 있는 새로운 원리를 규명했다고 2일 밝혔습니다.
이번 연구는 물질 내 미세한 격자 진동인 포논(phonon)이 서로 분리돼 독립적으로 움직일 수 있다는 ‘포논 분리 메커니즘’을 이론과 실험을 통해 밝혀낸 것으로, 차세대 양자 트랜지스터, 초고밀도 메모리, 인공지능 소자 개발에 핵심 이론이 될 전망입니다.
기존에는 포논이 서로 얽혀 움직이기 때문에 개별 제어가 어렵다고 여겨졌으나, 연구팀은 브라운밀러라이트 구조를 가진 SrFeO2.5 산화물에서 특정 조건을 만족할 때 포논이 분리돼 강유전성을 원자 수준에서 조절할 수 있음을 밝혔습니다.
성균관대 최우석 교수팀은 고품질 SrFeO2.5 에피 박막을 구현했고, 포항공대 최시영 교수팀은 주사 투과 전자현미경(STEM)을 통해 실제 산소 원자 변위가 제어된 모습을 관측했습니다. 부산대 이재광 교수팀은 이론 모델 분석과 전자구조 계산을 통해 두 원자 간 연결 세기 비율이 2 이상일 경우 격자 진동이 분리돼 움직인다는 사실을 제시했습니다.
이재광 교수는 “이번 연구는 원자 수준까지 강유전성을 제어하는 새로운 포논 분리 메커니즘을 규명한 것으로, 향후 초고집적 양자소자 연구에 중요한 기초 이론이 될 것”이라고 밝혔습니다.
해당 논문은 진영록 석박사통합과정생이 제1저자로, 이 교수와 성균관대 최우석 교수, 포항공대 최시영 교수가 공동 교신저자로 참여해 국제 학술지 'Nature Materials' 5월 20일자 온라인판에 게재됐습니다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 교육부의 지원을 받아 수행됐습니다.
