IBM 과학자들, 상온에서 단일 원자 금 컨택트 열전도도 최초 정량화

오늘 발표된 연구에서 IBM 취리히 연구자들이 금으로 만들어진 금속 양자 포인트 컨택트의 열전도도를 단일 원자 수준까지 상온에서 최초로 정량화했습니다.

소자가 나노스케일로 축소됨에 따라 열 방산은 중요한 신뢰성 요소가 됩니다. 작년 IBM 취리히 과학자들과 ETH 취리히 학생들이 10nm 크기 구조 온도를 측정할 수 있는 주사 프로브 온도계 기술(영상)을 개척했습니다. 이 돌파구로 엔지니어들은 칩 전반의 열 손실 매핑이 가능해졌고, 결정적으로 개별 소자 수준까지 가능해져 온도 분포에 전례 없는 통찰을 제공했습니다.

측정 기술 개략도. Credit: Nature Nanotechnology

전자 부품이 10nm 임계값에 접근하고 결국 아래로 떨어짐에 따라 열적으로 감지 가능한 최소 구조를 결정하는 것이 필수적입니다. 이를 해결하기 위해 같은 팀이 Nature Nanotechnology에 새로운 돌파구를 보고합니다.

저자들은 성공을 두 가지 핵심 혁신에 돌립니다: 진공 기반 주사 터널링 현미경(STM) 내부에 작동하는 통합 열 센서가 있는 마이크로-전자기계 시스템(MEMS), 그리고 자기장, 휴대폰 타워, 지나가는 기차까지 차단하는 초조용 '무소음 실험실'.

논문에서 설명된 바와 같이:

시스템은 열 및 전하 수송 동시 측정을 결합해 금속 컨택트의 열 및 전기 전도도를 추출합니다. 다른 STM 브레이크-정션 설정과 마찬가지로 STM 팁이 금속 층으로 덮인 기판 위에 몇 원자 컨택트를 형성하고 끊습니다. 여기서는 하부 전극이 칩 기판에서 열적으로 격리된 현수 MEMS에 통합됩니다.

IBM 무소음 실험실에서 이 연구를 수행한 베른트 고츠만 박사. 사진 크레딧: Carl De Torres

"원자 접합을 통한 열전도 특성은 대체로 미개척 상태였습니다."라고 주저자 베른트 고츠만 박사는 말했습니다. "우리 측정은 또한 양자 포인트 컨택트에서 비데만-프란츠 법칙을 확인합니다. 이는 전 IBM 과학자 롤프 란다우어가 원래 예측한 것입니다."

전자 소자 열전도도 측정을 넘어 저자들은 더 넓은 응용을 전망합니다. "이 기술은 과학자들이 분자 소자에서도 열을 특성화하고 제어할 수 있게 할 것입니다."라고 주저자 니코 모소는 설명했습니다. "전기로 하는 것처럼 열을 쉽게 조작할 가능성을 엽니다."

원자 컨택트를 통한 열 수송, Nico Mosso, Ute Drechsler, Fabian Menges, Peter Nirmalraj, Siegfried Karg, Heike Riel & Bernd Gotsmann, doi:10.1038/nnano.2016.302

연구는 유럽위원회 H2020 Molesco 프로젝트 부분 지원.

페이스북 라이브 이벤트: 4월 10일 오후 4시 파리(오전 10시 뉴욕) IBM 리서치 페이스북 페이지에서 고츠만 박사와 함께 IBM 무소음 실험실, 특허, 연구 소개 및 질의응답.

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