신혁신 대한민국 기술 스핀트로닉스 소재

장마와 태풍 그리고 무더위가 극성을 부리는 우리의 여름은 그 어느 때보다 날씨 정보에 많은 관심을 갖게 되는 계절인데요.

기상청의 일기 예보는 말 그대로 예측이기 때문에 빗나갈 수도 있는 것은 당연하지만 기상청 슈퍼 컴퓨터보다 우리 할머니 무릎 더 정확하다는 우스갯 소리가 나올 만큼 기상청의 슈퍼 컴퓨터 성능에 대해 논란이 생기는 시기가바로 여름입니다.

정부가 발표한 지난 2019년 회계연도 기준 국가결산보고서를 보면 대한민국 정부와 관계기관을 모두 통틀어 보유하고 있는 물건 중에 가장 비싼 것은.
기상청 슈퍼 컴퓨터 5호기입니다

충청북도 청주시 청원구 오창읍에 위치한 국가기상슈퍼컴퓨터 센터에서 올해 10월 정식 가동을 앞두고 있는 슈퍼 컴퓨터 5호기는.
그 가격이 무려 520억 원인 것으로 나타났는데요보이는 슈퍼컴퓨터 4호기도 170억 원이 넘습니다.

슈퍼컴퓨터 5호기는 보다 정확한 날씨 예측을 위해 1초에무려 1천조 번 연산이 가능하다고 하는데요 그런데 이런 슈퍼 컴퓨터의 크기가 줄어들고 가격도 저렴해져서 누구나 슈퍼 컴퓨터를 하나씩 쓰게 될 날이 올지도 모르겠습니다

이제까지의 반도체 성능과는 비교조차 할 수 없을 만큼의 차세대 반도체를 만들 수 있는 길이 열렸기 때문입니다.

집채만 한 슈퍼 컴퓨터를어떻게 가정에서 쓰겠냐고 반문하는 분이 계실지도 모릅니다.

하지만 1946년 세계 최초로 애니악이라는 컴퓨터가 등장했을 때도 지금의 가정용 pc가 나오게 될 거라는 상상을 못했을 겁니다.

지금 우리가 쓰는 컴퓨터는 애니악보다 가격도 저렴하고 속도는 비교가 무의미할 만큼 빠르다는 것을 알 수 있습니다

컴퓨터의 성능은 반도체가 결정합니다

반도체는 이름 그대로 반만 도체라는 얘기인데요 세상 모든 물질은 전기 가 통하는 도체와 전기가 흐르지 않는 부도체로 나눕니다

금속과 나무를 비교해 보면 쉽게 이해가 되는데요.

하지만 반도체는 전기를 흐르게 할 수도 있고 흐르지 못하게 할 수도 있는 물질입니다.

전기가 흐르면 1 흐르지 않으면 0을 나타내는 이 단순한 원리가 지금의 과학 문명을 쌓아 올리는 데 가장 큰 역할을 해왔는데요.
하지만 문제가 생겼습니다.

반도체 성능이 개선되고 처리 속도가 빨라지면서 더 많은 전기 신호가 흐르고
멈추기를 반복하다 보니 엄청난 발열 문제 뿐만 아니라 데이터 처리의 병목 현상까지도 발생하고 있기 때문입니다

그래서 지금의 반도체를 이을 차세대 기술로 주목받는 것이 바로 스핀트로닉스 반도체입니다.

스핀이란 말에서 그려지는 것처럼 전자의 회전을 이용하는 건데요.
이제까지 우리가 쓰던 실리콘 반도체는 전기가 흐르고 아니고를 따져서 0과 1을 나눴습니다.
하지만 스핀트로닉스는 쉽게 말해 원자 핵의 주위를 돌고 있는 전자가
정보를 만들어내기 위해서는 물질 내부에 있는 전자들의 회전이 한쪽으로 쏠리는 강자성 상태가 되어야 하는데요.

우리가 흔히 아는 자석이 그 역할을 할 수 있지만 문제는.
세상에 나와 있는 모든 자석은 3 차원 자석이라는 겁니다.

3차원이라는 얘기는 평면에서 확장된 입체적 개념이 가장 흔한 형태인 막대 좌석과 말굽 자석은 둘 다 3차원 자석이고.
전단지에 붙어 있는 고무자석도 얇다고는 하지만
어쨌든 3차원 자석입니다.

스핀트로닉스 기술에 필요한 것은 그래핀처럼 최소 단위로 이뤄진 2차원 자석이지만 그런 자석은 이 세상에 없다는 게 문제입니다.

그런데 기초과학연구원과 포항공과대학교 연구진이 덕분에 스핀트로닉스 기술의 최고 핵심 소재가 될 2차원 자석이 만들어질 수 있는 길이 열렸습니다

강자성과 반강자성을 비롯해 수직 수평 이방선까지 네 가지 상태를 자유자재로 조절할 수 있는 2차원
자성 물질을 만들어내는 데 성공한 겁니다

물론 기존에도 이러한 특성을 가진 2차원 자성 물질은 있었습니다.
하지만 상온에서는 쓸 수 없고 영하 155도씨보다 더 낮은 온도에서만 작동시킬 수 있기 때문에 우리 일상에서 사용하는 것은 사실상 불가능했던 겁니다.

하지만 지난 2020년 2차원 자석을 종이보다 수만 배 얇은 나노미터 단위로 떼어내는 데 성공했고.
급기야 이번에는 자유자재로 4 가지 자성 상태를 조정할 수
있는 2차원 자석까지 합성하게 된 겁니다

진공관에서 트렌지스터와 반도체로 이어진 소재 혁명을 우리의 세상을 더욱더 빠르고 편리하며 쾌적하게 만들었습니다.

하지만 70년 넘게 이어진 과거 반도체 시대는 이제 새로운 변화를 필요로 하고 있는데요.

그 변화를 이끌 스핀트로닉스 기술 도입을 조금 더 앞당길 수 있는 기술을 탄생시킨 대한민국의 신혁신 기술력을 바탕으로 세계로 뻗는
대한민국을 기대합니다
복덕원만 파이팅