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‘무어의 법칙’ 뛰어넘는 분자컴퓨팅 실용화 단서 규명

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‘무어의 법칙’ 뛰어넘는 분자컴퓨팅 실용화 단서 규명

2019.08.05 14:40
단분자 열전도 측정에 사용된 장비. 한국연구재단 제공.
단분자 열전도 측정에 사용된 장비. 한국연구재단 제공.

반도체 집적회로에 쓰이는 트랜지스터의 수가 2년마다 두배로 증가한다는 ‘무어의 법칙’의 한계를 뛰어넘는 기술로 ‘분자컴퓨팅’이 거론된다. 분자를 반도체 회로의 최소 단위로 이용하는 분자컴퓨팅은 기존 실리콘 반도체 대비 집적도를 수천배 이상 높일 수 있는 것으로 알려졌지만 실용화에는 한계가 있었다. 

 

장성연 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 교수 연구팀이 참여한 국제공동연구진은 분자컴퓨팅 실용화에 필요한 유기 단일 분자 열전도도를 측정하는 데 성공하고 연구결과를 국제학술지 ‘네이처’에 발표했다고 5일 밝혔다. 

 

분자컴퓨팅을 실용화하는 데 걸림돌이 됐던 오랜 난제는 ‘열 분산’이다. 전극을 분자로 연결하는 과정에서 열이 생기면 분자를 이루는 원자들이 빠르게 진동하면서 접합이 깨질 수 있다. 이런 열 분산 문제를 해결하려면 단일 분자의 열전도도를 측정하는 게 기본이다. 국제공동연구진은 초미세 열을 측정하는 열량계를 이용해 유기 단일 분자의 열전도도를 측정하는 데 성공했다. 

 

연구팀은 1조분의 1와트에 가까울 정도의 미세한 에너지 변화를 감지하기 위해 탐침형 열량계를 이용했다. 이 열량계는 차가운 금 기판과 금 탐침 사이에 놓은 유기분자의 말단이 분리되면서 변화되는 열 용량을 측정하는 방식이다. 미세한 에너지 변화를 감지해 이 에너지 변화로 전달되는 열을 측정하는 데 성공한 것이다. 

 

연구진은 또 유기 단일 분자의 탄소사슬 길이가 열전도에 영향을 미치지 않는다는 사실도 밝혔다. 이론적으로 금속이나 반도체에서 소재의 길이가 길어질수록 전자와 열의 전달이 감소한다. 그러나 연구진은 실험을 통해 미시세계에서는 분자의 길이에 따라 전자 전달은 영향을 받지만 열 전달은 거의 일정하다는 사실을 밝혀냈다. 전자에 의해 발생하는 열전도는 무시할 수 있다는 의미다. 

 

장성연 교수는 “단일 분자 수준에서 열전도도를 처음으로 측정한 것”이라며 “향후 분자 구조의 디자인을 통해 전자 및 열 전달 특성을 제어, 분자컴퓨팅을 실현하기 위한 분자에너지 소재를 개발하는 데 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 
 

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