UNIST, 효율 높인 자기절연 신소재 개발

열을 전기에너지로 바꾸는
'스핀 열전' 발전 원천 기술

UNIST(울산과학기술원)는 유정우 신소재공학부 교수(사진) 연구팀이 스핀 열전 발전에 쓰이는 신소재인 ‘분자 기반 자기절연체’를 개발하는 데 성공했다고 24일 발표했다.

스핀 열전은 열을 전기에너지로 바꾸는 차세대 발전 기술이다. 자기절연체 내부 온도 차이를 이용해 전류를 발생시키는 원리다. 일반 열전 소자는 충분한 전류를 얻기 위해 소자 두께가 두꺼워지지만, 스핀 열전 소자는 나노미터 수준의 얇고 넓은 평판 형태로 제작할 수 있다. 열은 잘 통하지 않으면서 전기는 잘 통하는 소자 제조도 가능해 열을 전기로 바꾸는 효율이 높은 것이 장점이다. 그러나 현재 스핀 열전 소자 재료로 연구되는 산화물 자성절연체는 전자기기 등을 손상하는 고온 합성 공정이 필수적이며, 제조 과정에서 고온을 견디는 기판이 필요한 한계가 있다.

연구팀이 개발한 분자 기반 자기절연체는 상온 합성이 가능해 각종 전자기기, 의류, 가전제품에 부착하는 얇고 유연한 형태의 열전 소자를 만들 수 있다. 또 기존 산화물 절연체보다 박막의 스핀류 생성과 스핀류 주입 능력이 우수해 발전 효율이 높다. 자성절연체에서 스핀전류가 많이 만들어지고 손실 없이 도체로 주입돼 결국엔 많은 전류량을 얻게 되기 때문이다.

연구팀은 온도별 스핀류 특성을 분석해 분자 기반 자기절연체의 우수한 스핀류 생성 능력과 주입 효과를 입증했다고 설명했다.

유 교수는 “고온 공정 때문에 산화물 절연체를 쓸 수 없었던 스핀 열전과 차세대 자성 메모리 소자 개발 등에 쓰일 수 있는 원천기술을 개발했다”며 “신개념 전자공학인 스핀트로닉스 분야에도 활용할 수 있을 것”이라고 강조했다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com