습도에 반응해 전도성 115만 배… AI 반도체 ‘게임체인저’ 신소재 나왔다

  국립경국대학교 송인택 교수 연구팀이 습도에 따라 전도성을 최대 115만 배까지 조절할 수 있는 신소재를 개발하며 차세대 AI 반도체 분야에 새로운 가능성을 제시했다.

연구팀은 연세대, 광주과학기술원(GIST), 경상국립대, 한국기초과학지원연구원(KBSI)과의 공동연구를 통해 양성자와 전자가 동시에 이동하는 ‘혼합 양성자-전자 전도체’를 고도화한 ‘Co-BAND’를 개발해 성과를 냈다. 해당 연구는 지난 24일 세계적 학술지 Advanced Science 온라인판에 게재됐다.

이번에 개발된 Co-BAND는 건조 상태에선 절연체에 가까운 특성을 보이지만, 습도가 높아지면 전도성이 약 115만 배까지 증가하는 특징이 있다. 단일 상 소재 기준으로 세계 최고 수준이다.

연구팀은 기존 니켈 기반 혼합전도체 ‘Ni-BAND’ 구조에서 니켈을 코발트로 치환해 성능을 끌어올렸다. 이를 통해 환경 변화에 따라 전기적 특성이 극적으로 변하는 새로운 메커니즘을 구현했다.

특히 Co-BAND는 저전력 AI 반도체 핵심 기술인 뉴로모픽 소자에 적용 가능성을 입증했다. 해당 소자는 인간 뇌와 유사한 학습 특성을 보였으며, 메탄올·에탄올·아세톤 등 화학 기체에 따라 학습 방식이 달라지는 ‘화학적 신경조절’ 기능도 구현했다. 이는 뇌에서 도파민 등 신경전달물질이 신호를 조절하는 원리를 분자 수준에서 모사한 것이다.

송인택 교수는 “혼합전도체 분야의 패러다임을 바꾸는 성과”라며 “뇌 신경 시스템을 정교하게 모사하는 지능형 소자 구현 가능성을 확인했다”고 밝혔다.

제1저자인 박광민 연구원은 “차세대 AI 소자와 스마트 소재 분야에서 의미 있는 연구를 이어가겠다”고 전했다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업과 글로벌 기초연구실 사업, 미래수소 원천기술개발사업, 과학기술정보통신부 InnoCORE 프로그램 지원을 받아 수행됐다.