윤훈한 광주과학기술원(GIST) 반도체공학과 교수가 영국 물리학회 출판부가 발행하는 국제학술지의 ‘2차원 물질 신진 젊은 과학자상’ 수상자로 선정됐다.

14일 GIST에 따르면 윤훈한 교수는 전기적으로 파장별 광 반응성을 효과적으로 조정할 수 있는 2차원 물질 기반 신개념 광전소자 ‘단일 픽셀 고성능·초소형 전산 분광기’ 개발 공로를 세계적으로 인정받으며 올해 수상자 중 유일한 한국인으로 이름을 올렸다.

2차원 물질은 원자 한 층 또는 수 층 수준으로 구성돼 두께가 매우 얇은 특수한 물질이다.

원자들이 평면상에 단결정 구조로 배열됐지만, 평면 수직 방향 화학적 결합이 없어 초박막, 투명, 유연, 고강도, 외부 전기장에 의한 물성 조정 가능성 특성을 동시에 갖는다. 특히 2차원 물질 내 양자 구속 효과 덕분에 여러 신기한 양자적 현상이 나타난다.

2차원 물질의 다양한 조합을 통해 적층 구조에서 새로운 양자 현상을 유도하고 이를 고성능·다기능·신개념 전자·광·광전자·스핀 소자 개발에 응용할 수 있다.

이에 따라 2차원 물질은 AI 반도체는 물론 양자컴퓨팅 핵심 플랫폼으로 주목을 받고 있다.

윤훈한 교수는 2차원 물질의 반데르발스 이종접합 구조에서 나타나는 층간 엑시톤 현상에 기인해 각 외부 인가 전압에 따라 변화하는 단색광 파장별 광전류를 효과적으로 조절할 수 있음에 주목했다.

2차원 물질 이종접합 소자의 광 반응성을 학습하고 딥러닝 기법의 일환인 티호노프 정칙화 방법을 접목한 인공지능 알고리즘을 바탕으로 무작위 입사광 스펙트럼을 정밀하게 재구성할 수 있는 전산 분광기를 개발하는 데 성공했다.

윤 교수가 개발한 2차원 물질 이종접합 기반의 전산 분광기 개념은 세계 최초이면서 중심 파장의 정확도, 분광 해상도, 파장 대역폭 등 주요 분광기 성능 지표 측면에서 세계 최고 수준을 달성했다.

윤 교수는 “우리는 고밀도 정보 처리와 높은 에너지 효율을 갖춘 첨단 반도체 기술이 요구되는 시대에 살고 있다”며 “단위 면적당 소자 구조의 크기를 줄이거나 소자 개수를 늘리는 전통적인 방법만으로는 기술을 고도화하는 데 한계가 있다”고 말했다.

이어 “이번 수상을 계기로 더욱 연구에 정진해 2차원 물질에서 발현되는 특별한 양자 현상을 토대로 인공지능 반도체와 양자컴퓨팅 하드웨어를 위한 반도체 소자 연구에 주력하겠다”고 강조했다.

한편 ‘2차원 물질 신진 젊은 과학자상’은 2차원 물질 연구 분야에서 탁월한 연구 성과와 높은 성장 가능성을 보여 준 젊은 과학자(2025년 기준 1985년 1월 1일 이후 출생)에게 수여된다. 수상자에게는 기념패와 상금, 국제학술지 ‘2D Materials’에 초청 논문을 게재할 수 있는 특전이 주어진다. 최환준 기자