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| 작성자 : 이정구 작성자ID : jk0620 조회 : 37 추천 : 0 |
작성일 : 2004-01-21
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전혀 새로운 개념의 컴퓨터는 메모리에 의존하지 않는다 |
메모리 컴퓨터의 한계는 나노(nano) 공간에서의 물질특성의 소실 탓이다
21세기의 메모리로 기대되는 강유전체 메모리는 전원을 끊더라도 축적된 정보가 지워지지 않는 불휘발성을 갖는다. 같은 불휘발성 메모리인 EEPROM과 달리 DRAM이나 SRAM과 비슷할 정도의 고속판독에 더해 수명도 길다. 저전압 저소비전력으로 고집적화에 적절한 조건이 갖추어져 있어 이상적인 메모리라 할 수 있다고 한다. 그런데 이곳에 근본적인 물질구조의 문제가 생겼단다.
어쩌면 메모리에 의존하지 않는 전혀 새로운 개념의 컴퓨터를 21세기가 제공할찌도 모른다. 다량의 매체에 대해 초고속 접속반응만으로 정보가 생성되는 인스탄트 네트웍 저장기술이 있을 수 있다. 여기서는 기억장치를 pc에 가질 필요가 없으리라. 부모로 부터 DNA정보를 얻어 가지고 이세상에 왔다 가는 개인적인 인생, 뭇 생명체와 같이 자연과의 접속만으로 가능한 지적인 존재이다. 미래의 컴퓨터는 순간적인 무선의 접속으로 네트웍 직관으로 눈앞에서 가상현실의 컴퓨터가 생각하는대로 등장하고 상용되어지면서 모든 정보가 재생되어질 것이다. 물질의 특성의 한계는 바로 비물질적인 물질의 추상 성질을 요구하고 있다.
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최신 해외기술 동향에 관한 최신 전문자료를 제공하는 곳(http://www.kisti.re.kr)을 알았다.
뉴스의 전문을 인용공개하여 소개할 만큼 과학정보는 많은 사람들이 [공유할 가치가 최우선]이라고 본다. 정보는 재해석.생산성을 지니는 것이며 문제해결과 창조적인 아이템은 정보공유의 교환에서 나타나리라. 마치 공개자료 자바.리눅스가 MS 윈도우즈보다 컴퓨팅 유저들의 프로그램 개발활동이 두드러진 이유일 것이다.
특히 자바 공개소스는 화성 탐사 로봇과 통신할 때 다른 모든 언어를 사용하면서 자바를 이용해 제어했다고 Gosling(자바언어 개발자)은 언급했다고 한다.
http://www.kisti.re.kr/kisti/techtrend/techtrend_index.jsp
자바, 화성에서 로봇 원거리 제어
출처일자 : 2004-01-20
휴대폰으로 전세계 사용자에게 비디오 게임을 제공하는 자바 소프트웨어가 화성의 표면에서 극도의 원거리 제어로 로봇을 운전하고 있다. 인터넷 애플리케이션 용도의 범 세계적인 OS로서 1990년대 중반 선 마이크로시스템에 의해 개발된 소프트웨어인 자바가 NASA에게 저비용으로 사용하기 편리한 기능을 화성의 물과 생명 흔적을 탐사하는 로봇인 스피리트에게 주었다. 향후 3달 동안 나사의 Jet Propulsion Laboratory 과학자와 연구원들은 자바로 작성된 Science Activity Planner와 함께 스프리트의 탐사를 추적할 것이다.
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뉴스1.
http://www.kisti.re.kr/kisti/techtrend/techtrend_index.jsp
작은 결함 큰 문제 - 강유전체 특성의 크기 효과 규명
출처일자 : 2004-01-20
막스플랑크 재료 과학자들은 강유전성 소재(ferroelectric material-强誘電體)들이 왜 때때로 나노미터 범위에서는 그 유용한 특성들을 소실하게 되는가를 밝혀냈다.
특정 크기 이하로 작아지게 되면 유용한 특성들을 소실하게 되는 소재들이 많다. 이 소위 ‘크기 효과’는 그 원인도 매우 다양할 수 있으며 전자, 전자기계, 그리고 전자광학 부품들의 미세화에 걸림돌이 될 수 있다. 특히 유용한 소재의 한 유형으로서 강유전성 산화물들에 대해 독일 Max Planck Institute of Microstructure Physics의 연구자들이 이 크기 효과에 대한 새로운 원을 밝혀냈다: 10분의 1 나노미터 미만의 아주 작은 선형 결함들이 그 주위로 존재하는 4nm×8nm 크기의 직사각형 단면을 가진 튜브 소재를 변형시킬 수 있다는 것이다.
이 새로운 규명으로 차세대 전자 부품들의 메모리 요소들로 나노미터 크기의 강유전성 산화물 소재를 도입할 경우 그러한 작은 크기의 결함들도 허용되어서는 안 된다는 점을 말해주고 있다 - “Impact of misfit dislocations on the polarization instability of epitaxial nanostrctured ferroelectric perovskites”, Nature Materials, Advance Online Publication, 2004년 1월 18일.
전자 부품들에 있어서의 소형화와 효율성의 극대화 요구는 끝이 없어서 이제 고전적 소재들의 물리적 한계를 극복해야 하는 문제에 봉착했고, 이제 실리콘에 기초한 마이이크로일렉트로닉스에 새로운 소재들을 도입하는 연구 개발 노력이 집중되고 있다. 이 새로운 소재들은 애초부터 아주 작은 공간적 크기를 가지게 제작되고 도입돼야 한다.
일반적으로 그러한 크기들은 수~수십 나노미터 범위이다. 나노미터 스케일에서는 대부분의 소재들이 그 소재의 크기에 크게 의존해 특성들이 의존하며 특정 한계 크기 이하에서는 그 소재의 기능 자체가 아예 불가능해져 버리기도 한다. 따라서 기본 재료 과학 연구자들은 이 소위 크기 효과의 원인과 메커니즘들을 분명하게 규명하려는 연구를 진행하고 있다.
특정 유형의 소재로서 강유전성 산화물들에 있어서 이 크기 효과는 큰 문제가 되고 있다. 이러한 산화물 소재들은 첨단 전자, 전자기계, 그리고 전자광학적 부품들에서 특히 폭 넓게 이용되고 있다.
많은 경우들에서 이 소재들은 그 외형적 크기가 나노미터 범위로 줄어들게 되면 그 기능성을 잃어 버리는 경우가 많다. 예를 들어 납지르코늄티타늄산화물(PZT), 스트론튬비스무스탄탈륨산화물, 비스무스티탄산화물 등은 이 유형의 산화물에 속한다. 강유전성 산화물들은 실리콘에 기초한 마이크로일렉트로닉스에서 전원이 꺼져도 그 정보를 잃어 버리지 않는 “비휘발성” 메모리 셀들을 제작하는 데에 쓰일 수 있다.
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뉴스1-1.
PC에서 실제로 작동하는 메모리인 RAM(Random Access Memory)은 만일 제곱센티미터당 수십억 비트의 저장밀도로 비휘발성 메모리 셀들을 제작할 수 있으면 크게 개선될 수 있다. 이로써 시간과 에너지를 크게 소모하는 PC 부팅과 하드 디스크로의 느린 저장 속도 문제가 일거에 해소될 수 있을 것이다.
그러나 이러한 목표를 달성하기 위해서는 메모리 셀들을 수십 나노미터 크기로 줄여야 한다. 따라서 강유전성 산화물들이 왜 그들의 기억(메모리) 특성을 특정의 나노미터 한계 크기 이하에서는 잃어 버리게 되는지를 규명하는 것은 매우 시의적절한 과제이다. 전 세계적으로 고체물리학자들이 현재 이 문제를 고찰하고 있지만 강유전성 산화물들에서 이 크기 효과들의 원인에 대한 일치된 과학적 지식은 아직 확보되어 있지 못하고 있다.
독일 Halle(Saale)에 소재한 Max Planck Institute of Microstructure Physics의 Ming-Wen Chu, Arin Alexe, 그리고 Dietrich Hesse 등이 참여하는 한 연구팀은 이제 지금까지 고려되지 않았던 강유전체 크기 효과에 대한 새로운 메커니즘을 밝혀냈다. 이 막스 플랑크 연구자들은 직경이 0.1nm 미만인 특정의 선형 격자 결함들이 10nm로 얇은 납지르코늄티탄산화물(Lead Zirconate Titanate) 섬들의 메모리 특성들의 소실에 중요한 기여를 한다는 것을 보여주었다. 이 결함들은 스트론튬티탄산화물(Strontium Titanate) 조성의 기판를 가진 섬들의 계면에서 형성된다.
이 연구자들은 고분해능 전자현미경 정성분석법을 적용해 Misfit Dislocation이라고 불리는 이 선형 결함들 각각이 단면적이 4nm×8nm인 직사각형 모양의 20~50nm 길이의 튜브 소재를 변형시켜 그 소재의 기억(저장) 특성을 소실되게 한다는 것을 보여 주었다. 만일 강유전성 섬이 너무 작아 대부분의 부피가 변형된 소재가 차하게 되면 이 섬은 더 이상 저장 특성을 보전하지 못했다. 따라서 저장 특성들을 가진 나노미터 크기의 강유전성 산화물을 도입하고자 할 경우 그러한 격자 결함들의 형성을 피할 수 있어야 한다.
“반도체 나노구조체들의 광학적 전자적 특성들에 미치는 이러한 Misfit Dislocation의 놀라운 영향은 반도체 물리학에서 아주 잘 알려진 문제점이다. 놀라운 것은 바로 그러한 문제가 강유전성 나노 구조체들의 메모리 특성에 가장 관련이 되어 있다는 것이 이제 와서 판명되었다는 사실이다. 이 새로운 규명은 초미세 메모리 요소들에 강유전성 산화물들을 도입할 때에는 체계적으로 선택된 잘 정의된 소재들의 결합을 선정하게 할 가능성을 제공했다”고 Max Planck Institute of Microstructure Physics의 소장 Ulrich Gosele 교수는 말했다.
이 연구 프로젝트는 독일 Max Planck Society, Volkswagen Foundation(폭스바겐 재단), 그리고 독일연구재단(DFG)의 연구비 지원으로 수행됐다.
이 연구 관련 연락처:
Priv.-Doz. Dr. Dietrich Hesse
Max-Planck-Institute of Microstructure Physics, Halle/Saale
Tel.: +49 345 5582-741 Fax: +49 345 5511-223
E-mail: hesse@mpi-halle.de
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#1.전자 부품들에 있어서의 소형화와 효율성의 극대화 요구는 끝이 없어서 이제 고전적 소재들의 물리적 한계를 극복해야 하는 문제에 봉착했고, 이제 실리콘에 기초한 마이이크로일렉트로닉스에 새로운 소재들을 도입하는 연구 개발 노력이 집중되고 있다. 이 새로운 소재들은 애초부터 아주 작은 공간적 크기를 가지게 제작되고 도입돼야 한다.
#2.일반적으로 그러한 크기들은 수~수십 나노미터 범위이다. 나노미터 스케일에서는 대부분의 소재들이 그 소재의 크기에 크게 의존해 특성들이 의존하며 특정 한계 크기 이하에서는 그 소재의 기능 자체가 아예 불가능해져 버리기도 한다.
물질의 성질이 크기와 형태에 크게 의존한다는 것은 잘 알려진 사실이다. 크기가 다르면 공간적인 구조물의 내용물들도 제한 되거나 허용되어지는 현상이 생긴다.
예를들면 A와 B의 서로 크기는 같고 다른 특성을 지닌 소재가 있다고 보자. 그리고 a2와 b2공간이 있고 b2는 a2의 두배 크기의 공간이라고 가정을 해보자.
A특성을 지닌 소재가 a2(a^2을 의미함) 공간에 하나만 들어가야 한다면 a2보다 큰 b2=2a2 공간에서는 A특성 소재가 2개을 넣을 수 있을 것이다. 이제 b2공간에는 A,B 두 소재의 배열 상태를 보면 AA혹은 AB 일 것이다. 여기서 말하는 의미는 공간의 크기가 다르면 크기가 같은 두소재의 공간배치 배열이 다른 모습을 보이는 것이다.
고로 공간이 크면 클수록 소재의 다양화 특성이 개입될 여지가 많고, 공간이 줄어들면 들수록 특성은 단일화되고 더나아가 zero가 될 것이다. 나노미터 nm(나노미터:1nm=10^-9m), 스케일에서는 대부분의 소재들이 그 소재의 크기에 크게 의존해 특성들이 의존하며 특정 한계 크기 이하에서는 그 소재의 기능 자체가 아예 불가능해져 버리는 일은 단일화된 A특성이 a2공간 하나에 독점하고 있다가, a2공간 더 줄어들면 A특성 자체의 크기조차 붕괴되는 현상을 만나는 것이다.
보기1.
492
357
816
보기2.
12
34
보기1.은 3차 마방진이다. 'magic sum=15 '이다. 그런데 a2(3*3)공간이 줄어들어 보기2.와 같은 b2(2*2) 공간이 돼 버리면 magic sum 이 존재하지 않아 마방진=A특성은 더이상 나타나지 않는다. '나노미터 스케일에서는 대부분의 소재들이 그 소재의 크기에 크게 의존해 특성들이 의존한다' 는 의미를 곧바로 시사하는 것이다. 이번 연구팀(막스플랑크 재료 과학자들)은 이제 지금까지 고려되지 않았던 강유전체 크기 효과에 대한 새로운 메커니즘을 밝혀낸 또다른 규명은 "초미세 메모리 요소들에 강유전성 산화물들을 도입할 때에는 체계적으로 선택된 잘 정의된 소재들의 결합을 선정하게 할 가능성을 제공했다”고 Max Planck Institute of Microstructure Physics의 소장 Ulrich Gosele 교수는 말했다. 우리는 직경이 0.1nm 미만인 특정의 선형 격자 결함들이 10nm로 얇은 납지르코늄티탄산화물(Lead Zirconate Titanate) 섬들의 메모리 특성들의 소실에 중요한 기여를 한다는 것을 보여준 미세크기에 대한 물질의 특성보존에 관한 연구가 새롭게 조명되었다.
분자는 분자의 크기이하에서는 분자의 특성이 없어지고 원자도 원자의 크기가 원자핵 내부의 소립자의 구조에서는 원소의 화학적 성질이 소실 되는 현상은 물리학.화학계 에서는 이미 단층변위(dislocation)이라고 불리는 결함으로 Misfit Dislocation특성의 놀라운 영향에 대해 아주 잘 알려진 문제점이라 한다.
우리는 아인쉬타인의 에너지질량의 등가원리처럼 물질의 특성이 미세 크기에 대하여서도 보존되는 물질의 성질크기의 등가원리를 찾아내야할 판인겨. 없어진 물질의 특성이 웬 것으로 변했다고 봐야 한다. 물질의 특성은 단백질이나 유전자와 같아서 DNA의 염기분석에 해당하는 물질의 분자.원자의 구조와 관련된 것이 그 구조의 크기에는 분자.원자들의 배열상태의 변화와 결합의 결함에서 나온 것이라 보여진다. 21세기 게놈프로젝트의 완성에 있어서도 프로테옴(proteome, protein·단백질+ 옴ome·전체)프로젝트는 이제 시작되는 것이다. 만약 게놈연구를 집짓기에 비유한다면, 염기배열의 결정은 기초 지반 공사에 불과한 것이라고 한다.
그런데 여러정황으로 보아, DNA분석에서의 결함이 곧 유전자의 결함을 의미하는 것이 아니듯 나노미터 스케일에서는 물질의 소재가 특성의 보존여부를 결정하는 요소가 물질크기에 전적으로 매달려 있지는 않을 것 같다. 보기1.에서 보면 그 의미는 다음과 같으리라.
보기1-1.
123
456
789
보기1-1.은 마방진이 아니다. 'magic sum ' 자체가 존재하지 않는다. 마방진은 수학적인 조건 합의 답을 구한다는 의미의 뜻으로 '정답=마방진'인겨. 숫자더미를 마구 쳐넣는다고 마방진이 될지않혀
마방진이 될 수 있는 기본 틀(3*3)의 나노미터 스케일은 가지고 있고 마방진의 특성을 가질 소지는 얼마든지 있으나 정작 숫자들(물질의 분자 내지는 원소)의 위치가 Misfit Dislocation특성을 보이면서 전체적인 가로.세로.주대각선의 섬(sum)을 구하는 magic은 없다. 물질계에서 충분한 공간을 확보하고도 물질적 특성이 없는 것이 많다면 바로 보기1-1. 짝난겨. 망치 도구를 보면 쇠덩어리에 나뭇자루 하나 끼워져 못박는 철의 특성도 구조적인 형태에 의존한 것이 분명하다. 숫자를 아무렇게 3*3 공간에 늘어놓는다고 모두다 마방진이 아니듯 물질의 특성이라는 것도 틀의 크기(space)만으로 특성이 생겨날리 없다. 그런데 크기가 보기2.처럼 2*2 공간을 가지면 근본적으로 숫자들을 아무리 이리저리 굴려보아도 자리가 좁아서인지 마방진이 전혀 되지 않는다. 물질이라는 것도 그 특성(magic square)을 가지려면 근본적으로 보기2.의 크기는 피해야 한다는 뜻이리라.
그러면 보기2.의 구조는 전혀 쓸모가 없을까. 아니다. 짝수 마방진의 일반해법을 구하는데 [구조체 해석]해법의 기본 단위(ABCDEF)로 사용되는 귀중한 자원이다.
보기3.
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
보기3.은 18방진을 구조체 해법으로 풀어서 절대값 zero sum을 이룬 모습의 9ss(soma structure)이다. 우선, 임의적인 선택의 9 ss는 무수히 만들어지고, 단지 보기1.에서만 2^42=4조3980억4651만1104개의 초순간적 수배열 變形群을 얻을 수 있다. 이는 미세 물질구조의 매카니즘에 적합하게 대응한 마방진의 時空間的 완벽한 변환유추 해석이며 균형조화의 극치이다.
#3.강유전성 산화물들이 왜 그들의 기억(메모리) 특성을 특정의 나노미터 한계 크기 이하에서는 잃어 버리게 되는지를 규명하는 것은 매우 시의적절한 과제이다. 전 세계적으로 고체물리학자들이 현재 이 문제를 고찰하고 있지만 강유전성 산화물들에서 이 크기 효과들의 원인에 대한 일치된 과학적 지식은 아직 확보되어 있지 못하고 있다.
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나노미터의 한계크기 이하에 대한 물질 특성의 소실에 대한 매커니즘을 보기2.의 구조을 이해하는 수준에서만이라도, 전 세계적 반도체 연구 고체물리학자들이 관심을 보인다면 그외로 쉽사리 제곱센티미터당 수십억 비트의 저장밀도로 비휘발성 메모리 셀들을 제작하여 시간과 에너지를 크게 소모하는 PC 부팅과 하드 디스크로의 느린 저장 속도 문제가 일거에 해소될 수 있을 것이다. 그토록 쓸모가 없어 보이는 보기2. 만으로도 보기3.의 어마어마한 마방진을 일거에 제압했다는 게 아닌감.
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