연잎효과 이용한 광메모리 소자 개발

연잎효과 이용한 광메모리 소자 개발
빛의 방향에 따라 소자작동 제어, 광 모션 인식 기반 활용 기대

 

빛의 입사각도 조절 기반 소자의 디지털 회로 개념

 

국내 연구진이 연잎효과에 착안해 빛의 방향에 따라 반응하는 메모리 소자를 개발해냈다.

빛의 방향변화를 매개로 한 정보처리가 가능할 경우 전자의 이동을 이용하는 기존 소자의 신호 손상이나 왜곡 등을 완화해 향후 소자의 소형화나 모션인식소자 개발에 포항공과대학교 화학공학과 용기중 교수와 박진주 연구원이 주도한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심후속연구)의 지원으로 수행됐고, 신소재분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼즈지(Advanced Materials) 온라인판 9월 1일자에 게재됐다.

전자보다 빠르고 간섭이 적은 빛을 이용하는 광소자 연구가 활발하지만 빛의 방향을 인식하는 전자소자에 대한 성과는 미미하다.

빛을 조사(照射)하고 차단하는 방식으로 메모리 기능을 갖게 할 뿐만 아니라 장치의 움직임 등에 따라 빛의 방향을 달리해 저항특성을 바꿀 수 있게 되면 보다 다양한 방식으로 소자를 제어할 수 있다.

용 교수 연구팀은 물속에서도 젖지 않는 연잎표면의 돌기를 모방한 나노선 구조를 제작하고, 이를 이용해 빛의 입사방향에 따라 저항특성이 변하는 광메모리 소자를 개발했다.

나노선을 둘러싼 공기와 물 사이 경계에서의 굴절률 차이로 인한 특정각도로 빛이 들어오면 저항이 변하는 메모리가 되고, 빛이 들어오지 않으면 저항이 변하지 않는 저항체가 되도록 한 것이다.

소자를 미세하게 기울이는 등의 방식으로 하나의 소자가 두 가지 역할을 할 수 있어 향후 다기능성 소자 및 모션인식소자로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 왁스성분으로 코팅된 연잎의 미세돌기로 인해 연잎이 물에 젖지 않는 연잎효과를 이용했다.

일정각도로 입사시 빛이 전혀 도달하지 않는 전반사 현상을 이용하기 위해서는 굴절률이 큰 물에서 굴절률이 작은 공기층 방향으로 빛이 들어와야 한다.
결국 자연적인 상태와 반대로 나노선을 기준으로 비중이 큰 물이 공기보다 더 위에 놓여야 한다.

이를 위해 연잎을 모방해 빛에 반응하는 산화아연으로 합성한 나노선을 단분자막으로 코팅했다.

이같은 코팅의 결과 나노선 소자는 물속에서 먼저 공기층으로 둘러싸이게 된다.

나노선을 감싼 공기층과 물의 굴절률 차이로 빛의 입사각에 따라 소자에 도달하는 광량이 달라지도록 해 소자를 제어한 것이다.

용 교수는 “나노소자와 생체모방기술을 접목해 빛의 입사각에 따라 저항변화 특성이 조절되는 소자기술을 개발한 것”이라고 밝혔다.

나재선 기자 inspi06@kidd.co.kr
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