빛/유체/압전을 집적화한 로직스위치 개발
광유체에 압전소재를 접목한 논리계산 기능 시연
□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 김상재 교수(제주대학교) 연구팀(제1저자: 유바스리 프루소다만 박사)이 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.
※ 로직스위치(Logic switches) : 하나 이상의 이진 입력에서 논리연산을 수행하는 물리적 장치(논리 게이트). 단일이진출력( '1' 또는 '0')을 생성함.
□ 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.
□ 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'과 '0'을 수행하는 OR 연산기능과 게이트의 압전 작동기구에 따른 AND 연산기능의 자체구동에 의한 재구성 스위치 특성을 확인하였다.
□ 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.
○ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견연구, 기초연구실)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 '네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)에' 9월 26일 게재되었다.
※ 논문명 : Piezophototronic Gated Optofluidic Logic Computations Empowering Intrinsic Reconfigurable Switches
※ 주저자 : 김상재 교수(교신저자, 제주대), 유바스리 푸르소다만 박사(제1저자, 제주대)
