IBS '삼진법 소자' 가능한 새 솔리톤입자 첫 발견

염한웅 단장팀, 원자 한 개 폭 실리콘 도선서 움직이는 솔리톤 입자 발견

에너지 손실과 발열 현상없는 꿈의 소자, AI 컴퓨터 구축 속도

삼진법 솔리톤과 개별 솔리톤의 생성 모식도. 영하 100도 이하에서 실리콘 원자선의 구조가 주기적으로 찌그러지고 이로 인해 솔리톤입자가 생성될 조건이 만들어진다. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 원자제어저차원전자계연구단 염한웅 단장(포스텍 물리학과 교수) 연구팀이 실리콘 기판에 형성시킨 단원자폭의 실리콘 원자도선에서 삼진법 정보(0·1·2)를 갖고 이동하는 새로운 솔리톤 입자를 세계 최초로 발견했다고 23일 밝혔다.

 솔리톤 입자는 저항없이 정보를 잃어버리지 않고 안전하게 전달할 수 있는 입자로 대형 지진 때 수천 ㎞를 이동하는 쓰나미도 물리적으로는 솔리톤 현상으로 이해된다.

 현재 모든 컴퓨터와 정보처리에 사용되는 이진법(0·1)은 인공지능(AI) 구현에 효율이 떨어져 다진법에 기초한 소자연구가 활발하며 특히 가장 단순하고 개념이 잘 정립된 삼진법 소자 위주로 많은 연구가 진행되고 있다.
 
이에 앞선 지난 2013년 염한웅 연구단장은 전하를 갖고 이동하는 단일 솔리톤입자를 세계 처음으로 관측한 뒤 2015년 솔리톤입자가 4진법정보(0·1·2·3)를 갖는 것도 확인했다.
 
또 2017년에는 솔리톤의 4진법 연산을 실제 측정해 '솔리토닉스'라는 새로운 다진법 정보처리 패러다임을 제시하기도 했다.
 
이번 연구에서는 이전에 발견한 솔리톤과는 달리 2/3과 4/3 분수값 전하를 갖는 새로운 솔리톤입자를 발견했다.
 
연구진은 반도체소자에 가장 광범위하게 쓰이는 실리콘 기판에 금원자를 증착해 원자 한 개 폭인 실리콘 원자선 배열을 만들고 영하 100도 이하에서 실리콘 원자선이 찌그러지며 나타나는 특이한 구조와 솔리톤 입자 생성에 대한 연구 실험을 수차례 반복해 새로운 솔리톤 입자를 발견했다.
 
이번에 발견한 솔리톤입자는 약 영하 170도의 저온에서부터 자유롭게 빠른 속도로 움직여 삼진법 정보로 빠르게 전달할 수 있다.

또한 솔리톤입자 고유의 특성 상 주변의 전자들이나 다른 솔리톤입자와의 충돌로 정보가 소멸되지 않아 전기적 저항이 없는 정보 전달체가 될 수 있다.

솔리톤입자는 자발적으로 저온에서 형성되지만 연구진은 이번에 금속탐침에서 전압을 가해 개별 솔리톤입자를 생성하는 데도 성공했다.
 
이런 성질을 활용하면 실리콘 기판을 사용한 솔리톤 입자에 삼진법 정보를 저장하고 저항이나 발열로 소모되는 에너지 없이 전달하는 꿈의 소자와 컴퓨터를 구현이 가능하다.

이번 연구는 세계적인 학술지인 '네이처 나노테크놀로지, IF=39.213'에 23일자로 게재됐다. 논문명 Creation and annihilation of mobile fractional solitons in atomic chains

교신저자인 염한웅 단장은 "솔리토닉스라는 새로운 패러다임을 제시한 이래 소자기술의 실용화를 앞당길 것으로 기대된다"며 "물리학계에서 보기 드물게 세계적으로 주목받는 새로운 소자의 발견과 실용화의 방향성을 동시에 제시한 성과"라고 말했다.


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