검색 - IT세상을 바꾸는 힘 지디넷코리아

ZDNet 검색 페이지

'다이오드'통합검색 결과 입니다. (4건)

태그
기간
- 3개월
- 1년
- 1년 이전

재검색

전기저항 제로 초전도 원인은 '응력'…"115년 난제 풀릴까"

노벨 물리학상 후보로 주목받고 있는 초전도 분야에서 전기저항이 제로인 상태로 전류가 계속 흐르는 영구초전류((permanent supercurrent) 현상의 원인을 설명하는 연구결과가 처음 공개됐다. 영구초전류는 응집물리학이 115년 째 풀지못한 미해결 난제다. 김현탁 미국 윌리엄 앤 메리 대학교 연구교수는 구조 대칭성 깨짐으로 자발적 초전류·초전도 다이오드(한쪽 방향으로만 전류가 흐르는) 효과와 원리를 설명하는 이론이 스프링거 네이처가 발간하는 국제학술지 '실험 및 이론 물리학 저널'(Journal of Experimental and Theoretical Physics)에 최근 게재됐다고 27일 밝혔다. 자발적 초전류는 외부 전압(기전력)을 가하지 않아도 초전도체 내부에서 전류가 스스로 흐르는 현상이다. 김 교수는 초전도에 대해 "구조적 대칭성 파괴(structural symmetry breaking)가 영구턴넬 초전류(Superconductor supercurrent)를 만든다. 초전도 원인은 바로 구조적 대칭성 파괴를 일으키는 응력(Shear stress)"이라고 설명했다. 구조적 대칭성 파괴는 대칭구조를 갖는 금속의 큐빅(정육면체·3차원) 혹은 정사각형(2차원) 구조가 저온에서 구조가 뒤틀려서(structural sistortion) 변하는 것을 말한다. 또 대칭성 파괴는 면에 평행하게 작용하는 전단 응력(Shear stress)이 구조 변형과 전자들의 집합적 거동을 바꾼다고 김 교수는 부연 설명했다. 이 같은 설명은 김 교수가 처음이다. 김 교수는 "1911년 네델란드 카메론 온네스가 수은에서 최초로 초전도 현상을 발견한 이래 지금까지 저항 제로가 되는 원리가 제대로 규명된 적이 없다. 이는 115년 이상된 응집물리학 미해결 물리문제"라며 "1957년 공개된 BCS이론이 초전도 현상을 설명하는 것 같이 보였지만, 저온 초전도 현상조차도 제대로 설명하지 못한다"고 말했다. BCS 이론(Bardeen–Cooper–Schrieffer theory)은 쿠퍼쌍에 의해 초전도 현상을 설명하는 것으로 운동량 공간에서 격자진동에너지를 매개로 페르미 에너지 밖의 두 전자가 큐퍼쌍을 형성하고, 많은 쿠퍼쌍이 질서있는 양자상태를 이루면서 전자가 산란되지 않고 움직일 수 있어 전기저항이 제로인 초전도 상태가 된다는 이론이다. 김 교수가 제시한 핵심 개념에 따르면 임계온도 위에서 금속상태로 있던 금속의 원자와 전자 구조가 임계온도 이하로 내려가면서 대칭구조가 깨져 새로운 전자구조인 전하밀도파(CDW) 구조로 바뀐다. 이 구조에서 전자들은 금속안에서 처럼 균일하게 분포하지 않고 두 개의 전자가 쌍(바이폴라론)을 이루면서 존재한다. 즉 그 전자쌍이 존재하고 존재하지 않는 주기적으로 밀도가 변하는 전하밀도파 패턴(전하밀도파 포텐셜)이 만들어진다. 이 CDW 포텐셜은 인력으로 그 전자쌍을 포함하며, 그 전자쌍 사이에 매우 큰 반발 쿨롱에너지가 가미되어 매우 얋은 포텐셜로 그 크기가 상당히 줄어든다. 많은 전자쌍이 동시에 이웃한 전자쌍의 위치로 에너지 감쇠없이 터널링 방식으로 이동하면서 초전류가 자발적으로 발생한다는 설명이다. 초전도 상태에서 구조적 대칭성이 깨지는 것이 자발적 초전류의 원인이 될 수 있다는 것이 김 교수의 부연 설명이다. 김 교수는 "초전도체는 일반적으로 전기저항이 사라진 상태에서 전류를 전달한다. 이때 전류가 어느 방향으로 흐르느냐에 따라 특성이 달라지는 비상호적 현상이 나타날 수 있다. 대표적인 것이 초전도 다이오드 효과"라고 말했다. 초전도 다이오드 효과에서는 같은 초전도체라도 정방향과 역방향의 임계전류가 서로 다르게 나타난다. 임계전류는 초전도 상태를 유지할 수 있는 최대 전류를 의미한다. 초전도에서는 한 방향에서는 보다 큰 전류가 흐르지만 반대 방향에서는 상대적으로 보다 작은 전류를 갖는 다이오드와 같은 특성이 나타날 수 있다. 이 현상은 최근 초전도 연구에서 다루는 핵심 주제다. 특히 외부 자기장을 이용하지 않고 초전도체 자체의 대칭성 깨짐만으로 다이오드 효과를 구현할 수 있는지 여부에 과학기술계 관심이 크다. 기존 연구에서는 반전 대칭이나 시간반전 대칭이 깨지는 조건이 비상호적 초전도 수송과 관련되는 것 정도로 설명해왔다. 김 교수는 이번 연구에서 '구조적 대칭성 깨짐'에 주목했다. 구조적인 비대칭성이 초전도 상태에서 손실없이 턴넬하는 자발적인 초전류를 만들어내고, 나아가 전류의 방향에 따른 비대칭적인 수송 특성인 초전도 다이오드 효과로 이어질 수 있다는 것. 김 교수는 "초전도 다이오드 효과와 자발적 초전류의 관계는 초전도 상태가 단순히 저항이 0인 상태를 넘어 전자계의 대칭성과 방향성을 반영하는 양자 상태라는 점에서도 의미가 있다"고 말했다. 실제 외부 자기장이 없는 상태에서 초전도 다이오드 효과가 나타나는 예시도 이번 논문에서 제시했다. 예를 들어 작은 비틀림각을 가진 삼층 그래핀에서는 자기장을 0으로 설정한 상태에서도 서로 반대 방향의 임계전류가 크게 달라지는 현상을 관측했다. 응력에 대해서도 김 교수는 설명했다. 금속은 정육면체 혹은 정사각형 구조의 격자점에 금속원자가 놓여있는 구조를 가지며 그 격자점들 사이의 모든 힘의 합력이 0이다. 그런데 저온 초전도 상태는 찌그러든 구조를 가지며 힘의 합력이 0이 아닌 어떤 값을 갖는다. 이 힘이 응력이고, 초전도 현상의 근본 원인이라는 설명이다. 김 교수는 "초전도 다이오드 효과는 차세대 저전력 전자소자와 양자소자 분야에서도 관심이다. 초전도 상태에서 전류의 방향성을 제어할 수 있다면 기존 반도체 다이오드와 다른 방식의 정류 소자나 초전도 회로 구현에 활용할 가능성이 있기 때문"이라고 덧붙였다. 최근에도 조셉슨 접합과 비대칭 다층 구조 등을 이용해 초전도 다이오드 효과의 발생 원인을 규명하려는 연구가 이어지고 있다. 김현탁 교수는 그동안 고온·상온 초전도와 전자 상관관계 등을 중심으로 연구해 왔다. 이번 연구에서는 초전도 현상을 물질의 구조적 대칭성이라는 관점에서 자발적 초전류와 비상호적 수송 현상을 설명하려는 접근이다. 한국전자통신연구원(ETRI) 출신인 김 교수는 "1982년부터 양자역학 쿠퍼쌍에서 이해되지 않던 부분을 끊임없이 탐구해왔고, ETRI 재직시절 노벨상 과제라고 불리는 창의연구과제 등으로 성과를 내며,오늘에 이른 것"이라고 덧붙였다.

2026.09.27 10:00박희범 기자

RF머트리얼즈, 고출력 펌프레이저 다이오드 국산화

화합물 반도체용 패키지 전문기업 RF머트리얼즈는 국내 최초로 레이저 대공무기체계의 핵심 구성품인 고출력 펌프레이저 다이오드 국산화에 성공했다고 27일 밝혔다. 이번에 국산화에 성공한 고출력 펌프레이저 다이오드는 전기 에너지를 레이저 빛으로 변환하는 핵심 에너지원으로, 대공무기체계에서 고출력 레이저를 생성하는 데 필수적인 부품이다. 해당 부품의 성능과 신뢰성은 무기체계 전체의 출력과 운용 안정성을 좌우하는 중요한 요소로 평가된다. 그동안 펌프레이저 다이오드는 미국, 유럽 등 해외 소수 기업이 공급을 독점해왔으며, 높은 수입 의존도를 낮추고 안정적인 공급을 위해 국산화 필요성이 지속적으로 제기되어 왔다. 국내에서도 여러 기업이 국산화에 도전했으나, 고출력 및 고신뢰성이라는 까다로운 기술적 요구 조건을 충족하지 못해 상용화 단계까지 이어지지 못했다. RF머트리얼즈는 이러한 기술적 난제를 극복하여 고출력 펌프레이저 다이오드를 자체 기술력으로 개발했으며, 글로벌 업체들이 요구하는 각종 시험평가를 성공적으로 통과했다. 특히 1000시간 연속 구동이라는 극한의 신뢰성 시험까지 완료하며 기술력을 입증했다. 이번 성과는 고출력 레이저 핵심 부품의 국산화가 현실화됐다는 점에서 국내 방위산업 전반에 매우 고무적 성과로 평가되며, 올해 하반기부터 관련 매출이 발생할 것으로 기대한다고 회사측은 전했다. 아울러 국산화 성공 배경에는 단순 패키지 설계 수준을 넘어 패키지 공정, 광학 솔루션, 열관리, 신뢰성 기술 등 고출력 레이저 소스 제조 전 과정을 자체적으로 수행할 수 있는 생산 인프라를 구축했다는 점에서 의미가 크다. 또한 RF머트리얼즈는 현재 기존 제품의 성능을 뛰어넘는 차세대 고출력∙고효율 레이저 다이오드 및 레이저 모듈 개발도 막바지 단계에 접어든 상태라고 밝혔다. RF머트리얼즈 관계자는 “이번 고출력 펌프레이저 다이오드 국산화는 국내 레이저 무기체계의 기술 자립을 앞당기는 중요한 전환점”이라며 “방산 분야를 넘어 산업용·의료용·항공우주용 레이저 시스템 등 고부가가치 시장으로 적용 영역을 확대해 글로벌 경쟁력을 갖춘 레이저 핵심 부품 기업으로 성장해 나가겠다”고 말했다.

2026.01.27 09:54장경윤 기자

반도체 대신 이온으로…초저전력형 신경소자 첫 공개

반도체 대신 이온으로 제어 가능한 초저전력형 신경소자가 처음 개발됐다. 저전력 자율감지 시스템 및 촉각 신경망 소자 개발이 탄력을 받을 것으로 기대됐다. 한국연구재단은 한양대학교 김도환 교수 및 KAIST 문홍철 교수 공동 연구팀이 기계적 자극에 스스로 전류 흐름을 조절하며, 초저전력으로 동작하는 기계자극 게이팅 이온 다이오드 소자를 개발했다고 12일 밝혔다. 기계자극 게이팅은 압력이나 응력 등 기계적 힘에 의해 전류의 흐름을 스스로 조절하는 현상이다. 또 이온 다이오드는 전자의 흐름을 제어하는 반도체 다이오드와 유사하게, 이온의 흐름이 한쪽 방향으로만 통과해 전류의 방향을 제어하는 소자를 말한다. 인간–기계 인터페이스용 소프트 전자피부에서는 외부 압력과 같은 특정 자극에 선택적으로 반응하고, 그 자극을 신호로 변환해 기억할 수 있는 인공 신경소자가 필수적이다. 그러나 기존 이온 다이오드는 내부에 포함된 양·음이온 간 전도도 비대칭성 때문에 계면에서 이온고갈층이 매우 불안정하게 형성돼 외부 자극에 대한 감지 선택성이 낮다. 또 구동 시 전류 응답이 일정하지 않아 안정적인 신호 처리가 어려웠다. 연구팀은 새로운 분자설계 전략을 통해 고분자의 양·음이온 전도도의 균형을 정밀하고 맞추고, 계면에 안정적이고 두꺼운 이온 고갈층을 형성하는 방법으로 외부자극에 자율적으로 반응하는 초저전력 인공 다이오드 신경소자를 개발했다. 연구팀은 "이 새로운 소자는 로봇 손가락 부착 실험에서 실시간 압력 세기에 따라 LED 밝기가 단계적으로 조절되는 인간 촉각 모사형 반응을 보였다"며 "압력이 일정 기준을 넘을 때만 전류가 흐르는 임계 반응형 특성과 반복 자극에 반응이 점차 강화되는 시냅스 가소성도 구현했다"고 설명했다. 시냅스가소성(synaptic plasticity)은 신경세포(시냅스)가 자극의 강도나 반복 빈도에 따라 신호 전달 효율이 변화하는 생물학적 학습 메커니즘을 말한다. 또 연구팀은 정지 상태에서 펄스당 0.41nJ(나노줄, 에너지단위), 압력 작동 시 1.49nJ의 초저전력으로 동작, 기존 트랜지스터 기반 신경소자 보다 약 10배에서 50배 이상 높은 에너지 효율을 달성했다고 부연 설명했다. 김도환 교수는 “이번 연구는 기존 반도체 소재 기반 전자 제어가 아닌 이온을 이용한 정보 처리 시스템에 관한 것으로 학술적 의의가 크다”며, “생체 신경의 초저전력 전기화학적 신호 전달 원리를 인공소자에 구현한 점에서 인공지능형 감각 감지-신호 처리가 가능한 소자 개발의 새로운 돌파구로 평가된다”라고 밝혔다. 문홍철 교수는 “기존 전자 트랜지스터 기반 시스템의 구조적 복잡성과 에너지 비효율 문제를 근본적으로 개선해 인공 촉각, 신경형 AI 등 지능형 촉각 신경망 및 자율 감지 로봇 플랫폼 개발로의 응용이 가능하다”라고 덧붙였다. 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 사업과 선도연구센터 사업의 지원을 받았다. 연구결과는 국제학술지(Science Advances)에 온라인으로 게재됐다.

2025.12.12 12:00박희범 기자

로옴, 보호용 쇼트키 배리어 다이오드 개발

로옴은 Low VF(순방향 전압)와 Low IR(역방향 전류)의 트레이드 오프 항목을 동시에 실현한 혁신적인 보호용 쇼트키 배리어 다이오드 ''RBE01VYM6AFH'를 개발했다고 19일 밝혔다. ADAS(첨단운전자지원시스템) 카메라를 비롯해 고화소화가 가속화되는 각종 이미지 센서 탑재 어플리케이션에서 고신뢰성 보호 솔루션을 제공한다. 신제품 배리어 다이오드는 일반적으로 정류 용도로 사용되는 쇼트키 배리어 다이오드의 Low VF 특성을 보호용으로 활용한다는 발상의 전환으로 개발된 제품이다. 로옴의 독자적인 기술을 바탕으로 하는 혁신적인 소자 구조를 채용함으로써, 기존에는 Low VF와의 양립이 어려웠던 Low IR을 동시에 실현했다. 그 결과 가혹한 환경 조건에서도 시장 요구 사양을 충족시켰다. 이러한 우수한 특성을 통해 어플리케이션 정지 시에 발생하는 높은 광기전압(빛의 조사로 인해 발생하는 전압)으로 인한 회로 파괴를 방지할 뿐만 아니라, 동작 중의 열 폭주나 오동작의 리스크도 대폭 저감할 수 있다. 패키지로는 실장성과 스페이스 절약 특성을 동시에 실현한 SOD-323HE(2.5mm × 1.4mm)의 소형 플랫 리드 타입을 채용해, 협소한 스페이스에 실장이 요구되는 차량용 카메라나 산업기기, 보안 용도 등 다양한 어플리케이션에 대응 가능하다. 또한, 자동차기기 신뢰성 규격(AEC-Q101)에도 대응하여 고신뢰성과 장기간 안정 동작이 요구되는 차세대 전자기기 설계에 있어서 최적의 보호 디바이스로서 활용 가능하다. 신제품은 안정적인 공급 체제를 바탕으로 양산 공급을 개시했다. 온라인 부품 유통 사이트에서 구입 가능하다. 로옴은 향후 소형 패키지의 라인업 전개를 추진함으로써 어플리케이션의 한차원 높은 소형화 요구에도 대응해 나갈 방침이다.

2025.09.19 10:02전화평 기자