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[IT뉴스]무질서 구조가 전자 '가로이동' 증폭…값싼 고성능 소재 구현할까

온카뱅크관리자

2026-03-09 13:07:31

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 포스텍 
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 복합 물질 내의 특정하게 배열된 무질서한 구조가 전자의 경로를 구불구불하게 만들어 가로 방향 수송 현상을 증폭하는 것을 묘사한 그림. 포스텍 제공
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 규칙적인 결정과 불규칙한 비정질 상태가 섞인 복합 구조에서 전자가 구불구불한 경로로 휘어지며 특정 방향의 전자 수송 효율이 증폭되는 원리가 규명됐다. 설계에 따라 상대적으로 값싼 물질 조합으로도 고성능 소재를 구현할 가능성을 제시한다.
 포스텍은 진현규 기계공학과 교수, 박상준 연구원(현 일본 물질재료연구기구 연구원), 이현우 물리학과 교수, 이호준 연구원 공동연구팀이 서로 다른 구조가 섞인 자성 물질에서 전자 흐름이 예상보다 훨씬 강해지는 현상을 규명했다고 9일 밝혔다. 연구결과는 지난달 3일(현지시간) 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스'에 공개됐다.
 일반적으로 전류나 열은 힘이 작용하는 방향을 따라 흐르지만 자성을 띠는 물질이나 특이한 성질을 가진 물질에서는 전자 흐름이 진행 방향에 수직인 횡방향으로 휘어지는 '가로 방향 전자 수송' 현상이 일어나기도 한다. 자기 센서, 차세대 전자소자, 열을 전기로 바꾸는 열전 소자 등에 활용될 수 있어 관련 연구가 활발하다.
 가로 수송 효과를 극대화하려면 전자가 강하게 휘어지는 고비용 특수 물질이나 결함이 거의 없는 고품질 단결정 소재가 필요하다고 여겨졌다. 물질 내부가 최대한 '정돈된 상태'여야 유리하다는 시각이다.
 연구팀은 두 종류의 자성 물질은 화학적으로 완전히 합치는 대신 각 고유 성질을 유지한 채 물리적으로 혼합하는 방식으로 전자의 가로 수송 효과를 높이는 데 성공했다. 원자가 규칙적으로 배열된 결정 구조와 불규칙한 비정질 구조가 뒤섞인 물질이 한 구조로만 이뤄진 물질에서보다 전자의 가로 수송이 강하게 나타난 것이다.
 실험과 이론 계산 결과 전자는 복합 물질 내부에서 구불구불한 경로를 따라 이동하며 횡방향으로 더 크게 휘어지면서 가로 방향 수송이 증폭되는 것으로 확인됐다.
 이번 연구결과는 그동안 복합 물질의 성질은 구성 물질들의 평균값에 가깝게 나타난다고 생각했던 기존 관점을 깨는 성과로 평가된다. 물질이 섞이는 방식 자체가 새로운 물리적 효과를 만들어 낼 수 있다는 사실이 확인된 것이다.
 가로 수송 효과가 희귀한 특수 물질에서만 나타나는 게 아니라 비교적 흔한 자성 물질 조합에서도 구현됐다는 점도 핵심이다. 연구팀은 철(Fe) 기반 자성 물질을 이용한 실험에서 일부 고품질 단결정 물질과 비슷한 수준의 전자 가로 수송 효과가 나타난다는 사실을 확인했다.
 진 교수는 "희귀 물질에 의존하지 않고도 높은 성능을 내는 저비용 소재 설계로 이어질 가능성이 크다"고 설명했다.
 이 교수는 "무질서를 피해야 할 결함이 아니라 오히려 물질 설계에 활용할 수 있는 요소로 바라보는 새로운 관점을 제시한 연구"라고 밝혔다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1103/g18j-1h8w
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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