'소금 결정으로 전류 껐다 켰다' UNIST, 이온 스위치 개발

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 소금 결정으로 아주 작은 통로를 막았다가 다시 녹이는 방식으로 전류를 껐다 켤 수 있는 새로운 스위치가 개발됐다.

반도체 칩 속 트랜지스터처럼 전류의 흐름을 조절하면서도 전자 대신 이온의 움직임을 이용하는 방식이다. 향후 뇌의 신호 전달 방식을 모방한 연산 회로나 생체 신호를 조절하는 장치 등에 활용될 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST)은 기계공학과 김태성 교수 연구팀이 나노미터 크기의 통로 안에서 소금 결정을 만들고 녹이는 방식으로 전류를 켜고 끄는 '이온 스위치'를 개발했다고 5일 밝혔다.

연구팀이 만든 스위치는 높이 약 120나노미터(nm·1nm는 10억분의 1m)의 아주 작은 통로에 염화칼륨이나 염화나트륨 용액을 넣은 구조다.

쉽게 말해 소금물이 들어 있는 미세한 통로에 소금 결정을 만들면 통로가 막히고 전류가 흐르지 않게 된다. 반대로 물을 공급해 소금 결정을 녹이면 막혔던 통로가 다시 열리면서 이온이 이동해 전류가 흐르게 된다.

연구팀은 이 과정을 반복할 수 있도록 통로 위에 별도의 물질 공급 통로도 만들었다.

위쪽 통로로 건조한 질소를 흘려보내면 아래쪽 소금물의 물이 얇은 막을 통해 증발한다. 이 과정에서 소금물의 농도가 높아지면서 소금 결정이 만들어지고 통로가 막힌다.

반대로 물을 다시 공급하면 소금 결정이 녹으면서 통로가 열리고 전류가 흐른다.

실험 결과 염화칼륨 용액을 이용한 이온 스위치를 32차례 연속 작동했을 때 전류가 흐르는 '켜짐' 상태의 전류가 '꺼짐' 상태보다 평균 156배 크게 나타났다.

스위치를 끄는 데는 건조한 질소를 흘린 뒤 평균 8.6초가 걸렸으며 물을 공급하면 3초 이내에 다시 전류가 흐르는 상태로 돌아왔다.

연구팀은 이 스위치를 여러 개 연결해 간단한 논리회로를 만드는 데도 성공했다.

김태성 교수는 "소금물이 마르면 결정이 생기고 물을 더하면 다시 녹는 단순한 현상에서 출발해 논리 연산을 수행하는 이온 회로를 만들었다"며 "반도체 회로에서 트랜지스터가 중요한 역할을 하듯 이온 스위치도 뇌의 정보 처리 방식을 모방하거나 생체 신호를 다루는 이온 회로의 기본 소자로 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구에는 UNIST 지성준 연구원과 서상진 박사가 공동 제1저자로 참여했으며 김태성 교수가 교신저자로 참여했다.

연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 및 UNIST의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 9월 25일 공개됐다.


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