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‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀은 디락입자(빛처럼 유효질량이 0인 상태로 움직이는 상대론적인 입자)가 있어 전하 이동이 빠르지만, 전자의 에너지 준위 차(밴드갭)가 없어 전류흐름을 제어하기가 어렵다.

또 다른 ‘꿈의 신소재’ 후보인 ‘포스포린’은 이와 반대로 밴드갭이 있어 전류를 제어하기는 쉽지만, 디락 입자가 없어 전하가 훨씬 느리게 이동한다. 그런데 최근 김근수 연세대 물리학과 교수팀은 두 가지 재료의 장점을 합치는 데 성공했다. 포스포린에 인공적으로 디락 입자의 물성을 구현한 것이다.

연구팀이 포스포린의 밴드갭을 제어해 에너지 준위 차이를 0에 가깝게 만들자, 인공적으로 디락 입자가 발생했다. 전류 흐름을 자유자재로 제어할 수 있는데다가 전하 이동도 빨라진 셈이다. 김 교수는 “물질의 한계를 극복하는 기술을 통해 고성능 반도체 소자 개발에 한걸음 다가갔다”고 말했다. 연구결과는 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 2017년 11월 29일자에 실렸다

.doi:10.1103/PhysRevLett.119.226801