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그래핀 기반 복합 소재로 초 저전력 트랜지스터 개발
Graphene-based composite materials unlock the path to ultra-low-power transistors

해외과학기술동향

2017-11-08


국제적인 연구팀이 그래파이트 기반 복합 재료를 사용하는 초 저전력 트랜지스터에 대한 새로운 경로를 발견했다.

트랜지스터가 컴퓨터 칩 내의 보다 작은 영역으로 집적화됨에 따라, 반도체 산업은 디바이스의 과열을 없애려고 애 쓰고있다.

연구팀은이 해법이 그래핀 단층과 전이 금속 디칼코게나이드 (TMDC)로 만들어진 복합 재료에 있다고 믿고 있다. 그들은 이 물질들이 작은 나침반 바늘같은 전자 스핀에 대한 정밀한 전기적 제어를 달성하는데 사용될 수 있음을 발견했다.

저널 피지컬 리뷰 레터 (Physical Review Letters ("Optimal Charge-to-Spin Conversion in Graphene on Transition-Metal Dichalcogenides")에 발표된 새로운 연구는 저에너지 소비 가전 제품에 많은 도움이 될 수 있다.

수년 동안 연구팀은 전자 스핀에 대한 효율적인 전기 제어가 가능한 우수한 컨덕터를 찾고 있었다.

연구팀은 2 차원 그래핀이 특정 반도체 적층 재료와 짝을 이루었을 때 달성할 수 있음을 발견했다. 연구팀의 계산에 따르면 그래핀 층에 작은 전압을 가하면 전도 스핀의 순 분극이 유도된다.

연구팀의 예측이 스핀 트로닉스 공동체로부터 상당한 관심을 끌 것으로 믿고 있다. 그래핀 기반 구조의 유연하고 원자적으로 얇은 특성은 응용 분야에서 가장 큰 이점이며, 반도체 부품은 광학 통신 네트워크과의 집적화 가능성을 열 것이다.

전자의 스핀은 위, 아래의 두 방향으로만 가리킬 수 있는 작은 점 모양의 자석과 같다. 전자의 주요 부분이 정렬된 재료에서 자기 응답이 생성되어 정보를 인코딩하는데 사용할 수 있다.

반대 방향으로 흐르는 '위로'와 '아래로' 회전 속도로 제작된 '스핀 전류'는 순 전하를 띠지 않으므로 이론적으로 가열을 일으키지 않는다. 따라서 스핀 정보를 제어하면 초 고효율 컴퓨터 칩을 향한 길을 열어 놓을 수 있다. 연구팀은 작은 전류가 그래핀 층을 통과할 때 TMDC베이스에 근접하여 발생하는 '스핀-궤도' 힘으로 인해 전자의 스핀이 평면으로 분극화된다는 것을 보여 주었다. 그들은 또한 실온에서도 매우 높은 전하-스핀 변환 효율을 보여 주었다.

연구팀은 구조와 전자 특성이 뛰어나서 그래핀을 선택했다. 그래핀에서 전하 캐리어의 상대론적 효과를 높이기 위해 최근에 발견된 층 반도체와 비교할 가능성을 조사했다.

전류로 전자 스핀을 지향시킬 가능성은 스핀트로닉스 커뮤니티에서 많은 관심을 불러 일으키고 일반적으로 특정 대칭 조건의 결과로 발생한다.

이러한 현상은 기초 및 응용 연구가 함께 진행되는 완벽한 예이다. 이 점에서 연구팀의 계산에 따르면 전이 금속 디칼코게나이드와 결합된 그래핀은 이론적 원리가 추상적인 이론을 바탕으로 실험 및 기술 개발하여 즉각적인 응용을 얻을 것이다.

비자성 매체의 전류 유도 스핀 분극은 2001 년에 반도체에서, 그리고 최근에는 메탈 헤테로 인터페이스에서 시연되었다. 이제 연구자들은 TMDC 단층 위에 그래핀에 유사한 효과가 발생한다고 예측하고 있다.

놀랍게도 그들은 그래핀의 전자 상태의 독특한 특성이 최대 94 %의 전하 대 스핀 변환 효율을 가능하게 한다는 것을 발견했다. 이것은 그래핀 기반 복합 재료가 초소형 및 친환경 스핀 논리 소자의 기반이 될 가능성을 열어준다.

이 연구는 전하 이동 대 스핀 전환의 효율이 기술적인 응용에 최적이 될 수 있는 시스템을 구상할 수 있게 하는 기본 법칙을 이해함으로써 얻을 수 있다. 특히, 미래의 소자의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 저에너지 전자 제품이 절실히 요구되고 있다.

  • 관련연구자

    Aires Ferreira

  • 관련기관

    University of York

  • 과학기술분류

    재료, 물리학, 전기/전자

  • 본문키워드(한글)

    그래핀,스핀트로닉스,트랜지스터,전이 금속 디칼코게니아드,스핀

  • 본문키워드(영문)

    graphene,spintronics,transistor,TMDC,spin

  • 원문언어

    영어

  • 국가

    영국

  • 원문출판일

    2017-11-07

  • 출처

    https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=48566.php