국립경국대 공동연구팀, 차세대 AI 반도체 핵심소재 개발

국립경국대(총장 정태주) 화학생명공학전공 송인택 교수 연구팀이 최근 연세대 임대운 교수, 광주과학기술원(GIST) 임현섭 교수, 경상국립대 윤석민 교수, 기초과학지원연구원(KBSI) 주희영 박사 연구팀과 공동으로 수행한 연구 성과가 세계적 학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 온라인 판에 게재됐다.

연구는 하나의 소재 안에서 양성자와 전자가 동시에 이동할 수 있는 신소재인 '혼합 양성자-전자 전도체(이하 혼합전도체)' 개발을 다루고 있다. 연구팀은 앞서 니켈(Ni)을 핵심 원소로 자체 개발한 혼합전도체인 'Ni-BAND'를 바탕으로, 니켈 원자를 코발트(Co)로 치환해 새로운 혼합전도체 'Co-BAND'를 개발했다. Co-BAND는 건조 상태에서는 절연체에 가까운 특성을 띠지만, 습도 변화에 따라 전도성이 약 115만 배까지 변조되는 뛰어난 성능을 입증했다. 이는 단일 상(single-phase) 소재를 기준으로 세계 최고 수준의 수치다.

이번 연구는 Co-BAND가 저전력 인공지능(AI) 반도체의 핵심인 뉴로모픽 소자(neuromorphic device) 구현에 직접 활용될 수 있음을 보여주어 주목 받고 있다. Co-BAND 기반 소자는 실제 인간의 뇌와 유사한 학습 특성을 나타낼 뿐만 아니라 메탄올, 에탄올, 아세톤 등 다양한 화학 기체 증기를 통해 외부에서 학습 방식을 제어하는 '화학적 신경조절' 기능까지 구현해 냈다. 이는 뇌에서 도파민 같은 신경조절물질이 신경 신호를 제어하는 원리를 분자 수준에서 모사한 것으로, 향후 차세대 AI 반도체 및 뇌-기계 인터페이스(BMI) 기술 개발에 새로운 돌파구가 될 전망이다.

교신저자인 송인택 교수는 “이번 연구는 혼합전도체 분야의 패러다임을 전환하는 성과로, 뇌의 신경 시스템을 정교하게 모사하는 지능형 소자의 구현 가능성을 입증했다”고 밝혔다. 제1저자인 박광민 연구원(석사과정)은 “이런 성과를 달성할 수 있게 세심하게 지도해 준 송인택 교수께 감사드린다”며, “앞으로도 차세대 AI 소자 및 스마트 소재 분야에서 학문적, 산업적으로 유의미한 연구 성과를 창출하기 위해 정진하겠다”는 포부를 전했다.

한편, 국립경국대 화학생명공학전공은 반도체, 에너지, 제약, 바이오 등 첨단 산업 분야를 이끌어갈 우수 인재 양성에 주력하고 있다.