[박경덕교수 연구실] 나노엑시톤 트랜지스터의 물리적 개념 정립

caption: 나노적응광학을 이용해 TMD 이종접합구조의 엑시톤 발광과 층간엑시톤 발광을 선택적으로 제어하는 나노엑시톤 트랜지스터의 개념도. 

노엑시톤 트랜지스터의 물리적 개념 정립

엑시톤은 반도체물질이 빛을 내게 하는 준입자로 전기적으로 중성인 상태에서 빛과 물질 간 전환이 자유로워 발열이 적은 차세대 발광소자나 양자정보통신 광원 개발의 핵심이 된다. 서로 다른 반도체물질을 두 층으로 쌓아 만든 이종접합반도체 내에는 두 가지 종류의 엑시톤이 존재하는데, 하나는 수평한 방향성을 가진 층내엑시톤이고 다른 하나는 수직한 방향성을 가진 층간엑시톤이다. 층간엑시톤과 층내엑시톤이 방출하는 광신호는 서로 다른 빛깔, 지속 시간, 그리고 결맞음 시간을 갖기 때문에 두 광신호를 각각 독립적으로 제어할 수 있다면 2비트 엑시톤 트랜지스터를 실현할 수 있다. 하지만, 빛의 회절한계와 더불어 이종접합반도체물질의 불균질성과 층간엑시톤의 낮은 발광효율 때문에 층내엑시톤과 층간엑시톤을 나노 공간에서 제어하기 어렵다는 과제를 안고 있다.선행연구에서 반도체물질을 나노 탐침으로 눌러 엑시톤 나노공간제어 원천기술을 제시한 바 있는 박경덕 교수팀은, 이번에는 엑시톤을 직접 건드리지 않고도 탐침에 비추는 빛의 편광에 따라 엑시톤 밀도와 발광효율을 원격 제어하는데 세계 최초로 성공했다. 나노 광공진기와 공간광변조기를 결합한 위 방식의 최대 장점은 반도체물질의 물리적 손상을 최소화하며 가역적으로 엑시톤 제어가 가능하다는 것이다. 뿐만 아니라 ‘빛’을 이용한 나노 엑시톤 트랜지스터를 이용하면 방대한 양의 정보를 빛의 속도로 처리하면서도 열 에너지 손실을 줄일 수 있다. 어느새 우리의 삶 속으로 들어온 인공지능은 방대한 양의 데이터를 학습한 후 사용자가 원하는 답을 제시한다. 인공지능을 활용하는 분야가 많아질수록 더 많은 정보를 수집하고 처리할 수 있어야 한다. 이번 연구는 데이터 폭증 시대에 새로운 데이터 처리 전략을 제시할 것으로 기대된다. 물리학과 박경덕 교수 · 통합과정 구연정 씨, 러시아 ITMO대 바실리 크랍초프(Vasily Kravtsov) 교수 공동 연구팀이 주도한 이번 연구는 국제학술지 ACS Nano에 최근 게재됐다.