결정내 전자의 '밸리 자유도'를 활용하여 장치에 응용하는'밸리트로닉스'는 차세대 전자장치에 요구되는 저전력 · 대용량화 등을 실현할 것으로 기대되어 최근 활발히 연구가 이루어지고 있습니다. 인도공과대학 봄베이교의 MSMrudul 교수는 그래핀의 밸리 제어를 실현했다고 보고해 현대 컴퓨터의 100만 배의 계산속도를 실현하는 기술이 등장할 가능성을 제시했습니다.
OSA | Light-induced valleytronics in pristine graphene
https://doi.org/10.1364/OPTICA.418152
Graphene Valleytronics: Paving the Way to Small-Sized Room-Temperature Quantum Computers | Industrial Research and Consultancy Centre
https://rnd.iitb.ac.in/research-glimpse/graphene-valleytronics-paving-way-small-sized-room-temperature-quantum-computers
전자분야에서는 전자가 가지는 전하의 자유도뿐만 아니라 스핀이라는 전자의 자전과 같은 자유도를 활용한 '스핀트로닉스' 등이 HDD 등의 전자장치에 응용되고 있습니다.
스핀트로닉스에 이은 새로운 기술로 활용하려 시도하고 있는 것이 밸리트로닉스입니다. 재료의 에너지와 주파수의 관계를 나타낸 밴드 구조 중 에너지밴드의 극소값을 나타내는 원추 형상의 '밸리'라는 부분의 어디에 전자가 들어가느냐는 자유도를 활용하는 기술입니다.
밸리트로닉스의 실현에는 밸리 자유도를 갖는 물질 등을 이용할 필요가 있지만, 일반 물질은 이것을 가지고 있지 않습니다. 따라서 밸리트로닉스는 밸리 자유도를 가지고 있는 원자 수준으로 얇은 벌집 구조의 시트상 물자 '그래핀'을 이용한 연구가 이루어지고 있습니다.
그러나 그래핀은 그 특이한 금속상태와 키랄 대칭이라는 성질로 인해 단독으로 밸리 제어는 곤란하다고 생각되어 왔습니다. 그래서 Mrudul 씨 연구팀은 빛을 이용해 그래핀의 밸리를 이용하는 방법을 생각해 냈습니다.
Mrudul 씨 연구팀에 따르면 그래핀이 있는 삼각격자에 따라 2개의 레이저광선의 변경을 조정함으로써 밸리의 분극을 발생시켜 탄소원자 사이의 대칭을 깨 밸리의 이방성영역을 활용할 수 있게 된다는 것. 이것으로 정보를 효과적으로 '기록'할 수 있게 되어 이론적으로는 현대의 100만 배 이상의 계산속도를 제공하는 밸리트로닉스가 가능하게 된다는 것입니다.
Mrudul 교수는 그래핀에서의 밸리 제어의 가장 매력적인 측면 중 하나는 실온에서 실행 가능한 것이라며, 일반적 소형 범용 양자컴퓨터의 실현 가능성이 보인다고 기대를 나타냅니다.
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