전류(A)표준을 정립할 단전자 펌프소자 개발
Metrologia 2월호 온라인판에 실려

미터, 킬로그램 등 전 세계가 쓰고 있는 국제단위(SI) 중 측정기술력이 가장 더딘 분야는 바로 전류 표준인 암페어(A)이다. 1948년에 처음 정해진 전류의 정의는 실제로 지금 적용하기 어려운 상태이다. 전류 값을 전압과 저항의 관계식으로 산출하기도 하는데 이 또한 다른 단위를 이용한다는 점에서 한계점이 있다.

KRISS 양자측정센터 배명호, 김남 박사, 부산대학교 정윤철교수 등 국내 연구진이 암페어(A) 국제단위 재 정의에 기초가 되는 세계 최고 수준의 단전자 펌프1) 소자를 개발했다. 해당 연구결과는 측정분야 국제적 권위지인 『메트롤로지아(Metrologia)』 2월호 온라인판(2월 6일자)에 실렸다. 연구팀은 다른 단위를 활용하여 전류 값을 산출하는 것이 아니라 전자의 흐름, 그 자체에 대한 연구를 통해 전류를 정의하는 것에 역점을 두었다.

이를 위해 개발한 단전자 펌프 소자는 전하를 띈 기본입자인 전자를 외부 마이크로웨이브에 의해 주기적으로 발생시키는 소자이다. 펌프가 지하수를 끌어올려 물을 만들듯이 단전자 펌프는 전자를 한 개씩 제어하여 주기적으로 발생시키는 역할을 한다. 전류의 양은 전자의 전하량과 발생빈도의 곱으로 구할 수 있기 때문에 전자를 발생시키는 단전자펌프가 있으면 전류의 단위인 암페어에 대한 새로운 표준 정립이 가능하다. 본 연구에선 전자를 퍼 나르는 역할을 하는 양자점 포텐셜2)의 모양과 깊이를 조절하여, 0.1 nA3)의 전류 불확도를
2 ppm4) 수준까지 낮추는데 성공했다. 이는 양자점 포텐셜을 이용한 전류 발생 및 측정 분야에서 세계 최고 수준이다.

KRISS 배명호 박사는 “인류가 현재 쓰고 있는 기본 단위체계는 과학기술이 발전할수록 새롭게 재 정의되고 있지만, 암페어(A)를 재 정의하기 위한 측정기술 발전이 제일 더딘 상태이다.”라며 “단전자펌프 소자가 새로운 전류 표준 소자로 국제사회에서 인정받을 수 있도록 정확도를 보다 높일 것”이라고 말했다.

이번 소자 개발은 향후 전기 단위 전체의 정밀도 향상으로 이어져 양자정보통신 등 차세대 전략기술 개발의 원천기술을 제공할 수 있다. 또한 암페어(A) 국제단위의 재 정의에 기여함으로써 KRISS의 국제적인 위상이 제고될 뿐만 아니라 관련 학계에서도 주도적인 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대하고 있다.