벨리트로닉스(valleytronics)는 결정 중 전자 내 밸리 자유를 이용해 장치에 응용하는 기술이다. 전자는 결정을 파동처럼 지난다. 그런데 파동 진동 에너지에선 최고점과 저점간 굴곡(밸리)이 만들어진다. 에너지가 들락날락하는 걸 이용하는 셈이다. 이 밸리를 결정하는 양자수를 이용하는 게 벨리트로닉스다.
벨리트로닉스는 차세대 전자 장치에 요구되는 저전력과 대용량화 등을 실현할 수 있을 것으로 기대를 모으며 최근 활발한 연구가 이뤄지고 있다. 인도 봄베이대학 연구팀은 지금까지 곤란했던 그래핀의 밸리 제어를 실현했다고 보고하고 지금보다 100만 배 계산 속도를 실현하는 기술 성공 가능성을 보여줬다고 밝히고 있다.
전자 분야에선 전자가 갖는 전하 자유도 뿐 아니라 스핀이라는 전자 자전과 같은 자유도를 가진 스핀트로닉스 등이 하드디스크 등 전자장치에 응용되고 있다. 스핀트로닉스에 이은 새로운 기술로 사용되려는 게 벨리트로닉스다. 재료 에너지와 주파수간 관계를 나타낸 밴드 구조 중 에너지 밴드 극소값을 나타내는 테이퍼 형상 밸리라는 부눙 어디에 전자가 들어가는지 자유도를 가진 기술이다.
벨리트로닉스를 실현하려면 밸리 자유도를 갖는 물질 등을 이용할 필요가 있지만 일반 물질은 이를 갖고 있지 않다. 따라서 벨리트로닉스는 밸리 자유도를 갖는 원자 수준으로 얇은 벌집 구조 시트상 물질인 그래핀을 이용한 연구가 이뤄지고 있다.
하지만 그래핀은 특이한 금속 상태와 키랄대칭(chiral symmetry) 성질에서 단독으로 밸리 제어는 곤란하다고 알려져왔다. 따라서 연구팀은 빛을 이용한 그래핀 밸리를 이용하는 방법을 생각해냈다.
연구팀에 따르면 그래핀이 있는 삼각 격자에 따라 레이저 편광 2개를 조정해 밸리 분극을 일으키는 탄소원자 사이 대칭을 깨고 밸리 이방성 공간을 활용할 수 있게 된다는 것이다. 이렇게 하면 정보를 효과적으로 기록할 수 있어 이론상 기존보다 100만 배 이상 계산 속도를 제공하는 벨리트로닉스가 가능하게 된다는 것이다. 연구팀은 그래핀에서 밸리 제어의 가장 매력적인 측면 중 하나는 실온에서 실행 가능한 것이어서 일반 소형 범용 양자컴퓨터 실현 가능성이 보인다고 밝히고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.