금속-절연체 전이 현상 재입증

[산업일보]
국내 연구진이 물리학계의 오랜 문제였던 `모트(Mott) 금속-절연체 전이(MIT) 현상`을 규명하고 이를 재입증하는 연구 결과를 세계 최고 권위의 `사이언스`지에 발표했다.

TRI(한국전자통신연구원)는 김현탁 박사 MIT 연구그룹이 미국 UCSD(University of California at San Diago)의 디미트리 바소브(Dimitri Basov) 교수팀과 함께 구조 상전이(相轉移) 온도(약 70℃) 이하에 있는 금속상태 전자의 유효질량이 증가하는 현상을 분광학(分光學)적인 방법으로 관측, MIT 현상을 재입증한 연구 논문을 14일자 사이언스지에 게재했다고 밝혔다.

‘사이언스’지에 실린 논문의 주요내용으로는 MIT 현상이 일어난 후 금속상태에서 전자와 전자간 상호작용이 크면 전자의 유효질량이 증가하는 현상을 분광학적인 방법으로 관측, 분석을 통해 강상관 금속의 존재를 밝혔다는데 의미가 있다고 ETRI는 설명했다.

논문에 실린 결과들은 ETRI MIT 연구그룹이 MIT 현상을 전기적 실험을 통해 규명, 2004년과 2006년에 각각 발표한 논문에서 이미 예측했던 것으로 ETRI는 이번 연구 결과가 모트 MIT 현상을 실험적으로 규명한 선행연구의 재증명이라는 점과 ETRI의 MIT현상규명이 다시 한 번 재확인된 큰 소득이라고 ETRI는 설명했다.

김현탁 박사 MIT 연구그룹은 2004년 `절연체(부도체)는 전기가 통하지 않는다`는 일반적인 상식을 깨고 절연체를 전기가 흐르는 금속체로 바꾸는 금속-절연체 전이(MIT) 가설`을 실험을 통해 세계 최초로 규명했다. 이는 1949년 영국 케임브리지대학의 노벨물리학상 수상자인 N.F 모트(Mott) 교수가 제시한 가설을 56년만에 입증한 획기적 연구성과로 평가됐다.

ETRI는 이 MIT 연구 결과가 다시 한번 국제적으로 인정받게 됨에 따라 지난해 9월 개발에 성공한 `MIT 원리 적용, 임계온도 스위치(PCTS)`의 상용화에 탄력이 붙을 것으로 예상하고 내년 3월 중 기술 이전을 할 계획이다.

PCTS는 과열에 의한 휴대전화, 노트북 등의 배터리 폭발과 부풀림 방지뿐 아니라 발열로 오동작 위험이 있는 전자기기에 퓨즈처럼 광범위하게 적용이 가능할 것으로 예상된다.

또 PCTS는 67℃ 이하의 특정 임계온도에서 불연속 전류 점프(급격한 전류 흐름)에 의해 릴레이, 발광 다이오드, 부저, 트랜지스터 등 전류소자를 직접 제어할 수 있을 뿐만 아니라 임의의 특정 온도를 읽을 수 있는 센서로서도 사용이 가능하며 상품의 요구 규격에 따라 다양하게 제작될 수 있는 특징이 있다.

ETRI는 MIT 상용 시제품을 월 2000여개씩 생산, 시험을 통해 성능을 개선하고 있으며 시제품에 대한 성능시험, 상용소자의 규격 확보, 시장선점 등을 위해 국내외 업체에게 시제품을 무상으로 제공할 계획이다. 또 지난 11월 중국 상하이에서 열린 `아시아 전자전`에서 PCTS를 소개했고 외국의 대기업과 PCTS의 공동 테스트를 수행하고 있다. ETRI는 앞으로도 국제적 교류를 통해 MIT 연구 결과의 상용화에 노력해 나갈 방침이라고 밝혔다.

PCTS와 같은 온도 스위치의 응용시장으로 예상되는 과열방지 퓨즈 제품 25개 아이템에 대해 현재 세계 시장규모는 약 1062조원으로 예측되고 있다.

ETRI 김현탁 박사는 “현재 세계적으로 경쟁하고 있는 MIT 응용 분야에서 ETRI가 연구의 주도권을 확보했 것은 대단히 중요한 의미가 있다”며 “이번 사이언스지에 실린 논문의 실험 결과들은 모트 MIT 현상의 실험적인 증거로서 제시될 수 있는 매우 중요한 발견들"이라고 말했다.