서울시립대학교 물리학과 장영준 교수 연구팀이 미국 버클리 국립연구소와의 국제공동연구를 통해 뉴로모픽 반도체 구현에 핵심이 되는 ‘모트 금속-절연체 전이’를 전자 상호작용 조절만으로 구현하는 데 성공했다.

11일 서울시립대에 따르면 연구팀은 란타늄 티타늄 산화물(LaTiO₃) 이종접합 박막에서 박막 두께와 전하 이동, 격자 구조 변화를 정밀하게 제어해 전자의 상호작용을 조절했다. 그 결과 금속 상태와 절연체 상태가 전환되는 모트 전이를 유도했다. 기존처럼 도핑이나 온도·압력 같은 외부 자극을 사용하지 않고 전자 상호작용만으로 상전이를 구현한 첫 사례다.

이번 연구에서는 각분해 광전자 분광법과 전자회절 분석, 제일원리 계산을 활용해 단층 수준의 두께 변화가 전자 구조와 상전이 특성에 미치는 영향을 체계적으로 분석했다. 이를 통해 산화물 이종접합 구조에서 전자 간 상호작용을 정밀하게 제어할 수 있음을 입증했다.

장영준 교수는 “이번 연구는 기존의 밴드폭 조절이나 도핑 방식과 달리 전자 간 상호작용을 직접 제어해 상전이를 유도한 것”이라며 “뇌 신경 회로를 모사하는 뉴로모픽 인공지능 반도체에서 중요한 비휘발성 스위칭 동작을 구현할 수 있는 물리적 기반을 제시했다”고 설명했다.

이번 성과는 차세대 인공지능 연산 소자와 저전력 반도체 개발로 이어질 가능성이 크다는 평가를 받고 있다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘Communications Materials’ 2026년 1월호에 게재됐다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 박사후국외연수사업, 해외대형연구시설 활용연구지원사업, 집단연구지원사업과 미국 에너지부의 reMIND 프로그램 지원을 받아 수행됐다. 서울시립대의 박막 합성·분광 분석 기술과 버클리 국립연구소의 방사광 실험 인프라, 해외 연구기관의 이론 계산 역량이 결합된 국제공동연구 성과다.