물리 미래 기술을 혁신하는 실리콘 밸리트로닉스

2015.09.27 20:03

미래 기술을 혁신하는 실리콘 밸리트로닉스 http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2015060393&service_code=03
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-06-25

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첨단 스핀 물리학에 대한 과학자들의 최근 연구는 혁신적인 새로운 기술인 밸리트로닉스의 모습에서 미래의 전자소자의 모습을 볼 수 있게 해 주고 있다.

저널 네이쳐 커뮤니케이션스에 게재된 한 연구를 통해, 국제적인 협력으로 물리학자들은 어떻게 실리콘 트랜지스터 내 밸리 분극이 어떤 형태로 전자 스핀들을 분극시키는지에 대하여 시험했다.

안정된 상태 내에서 한 전자의 파장이 어떻게 전자의 에너지에 관계되는지에 대한 측면을 묘사한 밸리들을 분극시키기 위한 특이한 기술을 이용하여 최초로 과학자들은 기대와는 반대로 밸리 분극이 더 쉽게 스핀 분극을 만들 수 있다는 것을 보였다.

이 연구는 양자 컴퓨팅뿐만 아니라 여러 기술들에 걸쳐 응용될 수 있는 밸리트로닉스의 개발에 대한 흥미를 자극할 것으로 기대된다.

실리콘 내 밸리들의 과학은 오랜 역사를 가지고 있고 얼마나 실리콘 트랜지스터를 빨리 구동시키는지와 이로 인해 모든 컴퓨터와 모든 스마트 소자들이 어떻게 작동시키는지에 대한 중요한 부분을 담당하고 있다.

일반적인 실리콘 트랜지스터 내에서 밸리들은 에너지를 소모하는 많은 산란없이 전자들이 얼마나 빨리 움직이는지를 보여준다.

비슷하게, 양자 정보 지향 소자 연구에서, 밸리들은 그들의 저장된 정보로 부터 비트의 양자 역학적 아날로그인 큐비트를 보호하는 정보의 양자 부분이 사라진 결어긋남(decoherence)의 원인으로 여겨 왔다.

그러나 밸리트로닉스는 밸리들을 조사하는데 목표를 두고 이 밸리들이 하나의 장점으로 변할 수 있으며 이를 위해 최근의 이론적인 제안들이 나타나고 있다. 그러나 실리콘 밸리트로닉스 기술을 개발하기 위해 과학자들은 먼저 이를 조절할 필요가 있으며 어떻게 다른 자유도와 상호작용하는지 완전히 이해해야 한다.

이 논문의 주저자인 물리학과 케이 타카시나 박사는 지난 수년간의 연구가 놀라운 물질 그래핀처럼 최근 발견된 원자층 물질들 내 소위 밸리 자유도에 대하여 많은 연구 활동이 행해져 왔으며 이는 어떻게 전자들이 거동하는지에 관계되며 모든 전자 물질들 중 가장 많이 이용되는 실리콘 등 다른 전자 물질들 내에서 보여지는 것과 관계된다고 말했다.

이 논문은 안정 상태 내에서 밸리들을 분극시키기 위해 연구원들이 개발한 방법을 이용하여 실리콘 트랜지스터 내 스핀 분극 위상을 가진다는 것을 보였다. 전자들이 서로 독립적으로 서로의 둘레를 움직이는 것으로 자주 생각되는 단순한 방법에 따르면, 밸리들이 분극될 때 스핀들이 분극되는 것에 두 배 더 어렵다. 반대로, 충분히 적은 전자 밀도에서 밸리들이 냉각될 때 전자들의 스핀이 더 쉽게 배열된다는 것을 알 수 있다. 이는 전자들 사이 상호작용들이 질적으로 새로운 거동을 어떻게 이끄는지에 대한 놀라운 실증 사례이다.

실리콘 트랜지스터 내에서 전자들의 기본적인 측면들에 대하여 알고자 하고 있다. 전기적으로 밸리 분극을 조절할 수 있기 때문에, 밸리 물리학이 스핀 물리학과 어떻게 관계되는지 알아내는 것은 실리콘 기반 스핀트로닉스를 개발하거나 실리콘 기반 양자 정보 처리와 상보 금속-산화물 반도체 (CMOS) 기술을 접하게 하는 새로운 방법들을 도출해 낼 수 있을 것이다.

실리콘 밸리트로닉스를 향한 기술적인 진보와 더불어, 최근의 발견들은 2차원 전자 시스템의 특성이 무엇인가에 대한 기본 과학적인 질문에 대한 답을 해 준다. 과학자들은 서로 다른 위상들이 전자 밀도에 따라 존재한다고 알고 있지만 과학자들은 그들의 발견이 밸리-스핀 겹침에 의해 제공된 안정성으로 인해 새로운 액체 상태의 존재를 설명하고 있다고 말한다.

그림 설명: 밸리트로닉스가 미래 기술을 개혁할 것인가? 물리학자들에 의한 새로운 논문은 이에 대한 최근의 발견들을 설명하고 있다.

참고 자료: Valley polarization assisted spin polarization in two dimensions." Nature Communications 6, Article number: 7230 DOI: 10.1038/ncomms8230

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[출처] http://m.phys.org/news/2015-06-silicon-valleytronics-revolutionise-future-technologies.html

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