UNIST, 소금 결정으로 전류 켜고 끄는 '이온 스위치' 개발

김태성 교수팀, 소금 결정으로 이온 흐름 조절해 전류 온·오프 스위치 개발

뇌 모방 연산·생체 신호 제어 활용 기대, Nature Communications 게재

국내 연구진이 소금을 녹이고 결정을 만드는 방식으로 전류 흐름을 제어하는 초미세 '이온 스위치'를 개발했다.

전자 대신 이온을 움직여 신호를 제어하는 기술이다.

울산과학기술원(UNIST) 기계공학과 김태성 교수 연구팀은 나노 통로 속에서 소금 결정을 형성하거나 녹이는 방식으로 전류를 제어하는 '이온 스위치' 구현에 성공했다.

연구진,(좌측부터) 김태성 교수, 지성준 연구원, 서상진 박사. UNIST 제공

이 기술의 핵심은 생체 신호 모방이다. 기존 반도체는 전자의 이동으로 0과 1을 구분한다. 반면 이번에 개발된 소자는 인간 세포막처럼 이온의 흐름으로 신호를 전달한다.

원리는 간단하다. 120나노미터 크기의 통로에 소금물을 채운 뒤 건조한 질소를 흘려보내면 소금 결정이 생긴다. 이 결정이 통로를 막으면 전류가 차단된다. 다시 물을 공급하면 결정이 녹으면서 전류가 흐른다.

작동 속도와 정확도도 확보했다. 실험 결과, 물을 공급하면 3초 이내에 전류가 켜졌다. 켜짐 상태의 전류는 꺼짐 상태보다 평균 156배 컸다. 신호 구분이 명확하다는 의미다.

연구팀은 이 스위치 2개를 연결해 컴퓨터 연산의 기본인 논리회로(OR·AND)까지 구현했다. 뇌 모방 소자가 실제 연산 장치로 작동할 수 있음을 증명한 셈이다.

김태성 교수는 "소금물이 마르면 결정이 생기고 물을 더하면 다시 녹는 단순한 현상에서 출발해, 논리 연산을 수행하는 이온 회로를 만들었다"며 "반도체 회로에서 트랜지스터가 중요한 역할을 하듯, 이온 스위치도 뇌의 정보 처리 방식을 모방하거나 생체 신호를 다루는 이온 회로의 기본 소자로 쓰일 것으로 기대한다"고 말했다.

생체 내에서는 세포막의 이온 통로가 스위치처럼 열리고 닫히며 신경 신호를 처리한다.

연구그림, 소금 결정으로 전류를 켜고 끄는 이온 스위치의 작동 원리.

이번 연구는 UNIST 지성준 연구원과 서상진 박사가 공동 제1저자로 참여했으며, 김태성 교수가 교신저자로 참여했다.

연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단과 울산과학기술원의 지원을 받아 이뤄졌으며, 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 9월 25일 공개됐다.

영남취재본부 김수로 기자 relationship6007@asiae.co.kr