울산과학기술원(UNIST)은 신소재공학부 유정우 교수 연구팀이 스핀 열전 발전에 쓰이는 신소재인 '분자 기반 자기절연체'를 개발했다고 22일 밝혔다.

연구팀에 따르면 스핀 열전은 열을 전기 에너지로 바꾸는 차세대 발전 기술이다.

매개로 스핀류(spin current·스핀 전류)를 이용하는데, 자기절연체 내부 온도 차로 발생한 스핀류가 도체로 이동해 전류를 발생시키는 원리다.

일반 열전 소자는 충분한 전류를 얻기 위해서 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 것도 장점이다.

그러나 현재 스핀 열전 소자 재료로 연구되는 산화물 자성절연체는 전자 기기 등을 손상하는 고온 합성 공정이 필수적이며, 제조 과정에서 고온을 견디는 기판이 필요한 한계가 있다.

연구팀이 개발한 분자 기반 자기절연체는 상온 합성이 가능해 각종 전자 기기, 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.

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 원천 기술을 개발한 데 큰 의미가 있다"고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 16일 자로 게재됐다.

연구 지원은 한국연구재단의 나노·소재기술개발사업의 지원을 받은 에너지·환경 소재 측정분석 플랫폼 개발 연구단 과제 등을 통해 이뤄졌다.