서울시립대 연구진, 뉴로모픽 반도체 구현 '모트 전이 제어' 성공

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 서울시립대학교는 물리학과 장영준 교수 연구팀이 미국 버클리 국립연구소의 엘리 로텐버그(Eli Rotenberg) 박사와 함께 공동연구를 통해, 란타늄 티타늄 산화물(LaTiO₃) 이종접합 박막 내에서 모트 금속-절연체 전이를 전자상호작용의 조절만으로 구현하는 데 성공했다고 10일 밝혔다.

  이번 연구는 기존의 도핑, 온도, 압력 같은 외부 자극이 아닌, 박막의 두께 및 전하이동/격자구조 변화에 따른 제자리 쿨롱 상호작용의 정밀 조절만으로 모트 전이를 유도한 첫 사례로 평가받는다.

연구팀은 각분해 광전자 분광법과 전자회절분석법 등의 실험기법과 제일원리계산을 통해, 단층 수준의 두께 조절이 전자구조와 상전이 특성에 미치는 영향을 체계적으로 분석했다.

장 교수는 "이번 연구는 티타늄 산화물 이종접합구조에서 관측된 모트 전이는 기존의 밴드폭 조절 또는 도핑 방식과 달리, 전자 간 상호작용(U)을 직접 제어함으로써 상전이를 유도하는 새로운 방식"이라고 전했다.

이어 "뇌신경 회로를 모사하는 뉴로모픽 AI(인공지능) 반도체에서 필수적인 비휘발성 스위칭 독작을 구현할 수 있는 물리적 기반을 제공한다는 점에서, 차세대 인공지능 연산소자 개발에 중요한 돌파구가 될 수 있다"고 덧붙였다.

특히 이번 국제공동연구는 서울시립대의 초고정밀 박막 합성 및 분광 분석 기술과 버클리연구소의 방사광 실험 인프라, 텍사스 A＆M 대학과 한국과학기술연구원(KIST)의 이론 계산 및 전자구조 해석 전문성이 결합되며 이뤄진 성과다.

한편 연구는 과기정통부와 한국연구재단이 지원하는 사업과 미국 에너지부의 리마인드(reMIND) 프로그램의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 네이처(Nature) 자매지인 국제 학술지 '커뮤니케이션 머티리얼즈(Communications Materials)' 2026년 1월호에 게재됐다.


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