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[사이언스] 빛·유체·압전을 집적화한 로직스위치 개발

광유체에 압전소재를 접목한 논리계산 기능 시연

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특허뉴스 박진석 기자
기사입력 2019/10/07 [13:54]

▲ 재구성 스위치의 소자 형상 및 작동 모식도     © 특허뉴스


한국연구재단은 제주대학교 김상재 교수 연구팀이 늘이거나 압축하는 힘에 의해 전기를 만드는 압전성 소재와 휘발성 유기화합물(voc)의 광반응을 복합하여 다중연산이 가능한 이진논리연산 스위치를 시연했다고 밝혔다.

 

액체 상태의 화학반응을 이용하는 자가 구동 재구성 로직스위치 로생체의료 분야 디바이스 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.

 

▲ 본 연구에서 처음으로 제안하는 압전광전자 게이트 광유체소자의 새로운 개념 및 특징 (좌) 및 실험을 위한 재구성 스위치의 작동회로 (우)     © 특허뉴스

 

핵심은 서로 다른 휘발성 유기화합물이 결합하면서 나타나는 광전 효과와 소재의 변형에 따른 압전효과, 두가지를 이용하여 다중논리기능을 수행할 수 있도록 한 것이다.

 

가로, 세로 2 센티미터 칩 위에 두 종류의 액체 유기화합물이 흐르도록 Y자 채널을 구성하고 화학반응에 따른 발광을 통해 스위칭 기능을 확보하는 한편, Y자 채널 아래에 누르는 힘 등에 의해 변형되면서 전기를 만드는 산화아연(반도체) 막대를 배열하여 압전효과를 통한 스위칭 기능까지 더했다.

 

▲ 기존 (a) 광유체시스템, (b) 압전광전자시스템과 본 연구에서 제안하는 새로운 개념의 차별화된 (c) 압전광전자 게이트 광유체 재구성 시스템과의 비교 및 특징     © 특허뉴스

 

극소량 유체의 흐름과 상호간 반응에 따른 발광현상을 생체의료 분야에 활용하려는 연구가 활발하다. 그 가운데 미세유체의 흐름을 정밀하게 제어하고 적합한 기능성 소재를 접목하여 반응 민감도를 향상하는 것이 중요한 화두다.

 

이에 연구진은 이번 연구에서 광유체에 압전소재를 접목한 방식을 제안하고 이에 기반한 재구성 로직스위치를 구현한 것이다.

 

한편 압전소재의 변형에 의한 자가발전 재구성기능도 포함시켰다. Y 채널 논리소자의 광전류 변화에 의한 광유체기반의 피연산자 '1''0'을 수행하는 OR 연산기능과 게이트의 압전 작동기구에 따른 AND 연산기능의 자체구동에 의한 재구성 스위치 특성을 확인하였다.

 

▲ 본 연구내용의 전체적인 개관     © 특허뉴스

 

유체의 분자간 결합에 빛과 압전소재 변형의 상호작용을 이용하여 다중논리기능을 수행할 수 있는 가능성을 제시함으로써 나노바이오센서 등 생체의료 분야 현장현시검사용 소자 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구의 성과는 '네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 926일 게재되었다.

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