금속-절연체 스위칭의 재밍 제어 확률론

상전이 현상의 이해와 제어는 물리학의 근간이자 다양한 기술 혁신의 핵심입니다. 특히 구조적 및 전자적 상전이가 결합된 재료에 대한 관심이 높으며, 이러한 재료의 전이 가소성을 제어함으로써 뉴로모픽 기술의 뉴런 및 시냅스 에뮬레이션에 필수적인 내장형 메모리 기능을 구현할 수 있습니다. 본 연구에서는 대표적인 모트 절연체인 이산화바나듐(VO2)으로 제작된 뉴로모픽 소자에서 전기적 스위칭 시 마이크론 스케일의 나노 도메인 분포 변화를 실시간 코히어런트 브래그 X선 회절(operando coherent Bragg X-ray diffraction)을 통해 분석했습니다. 전기적 스위칭은 수천 초에 걸친 나노 도메인 재구성과 재밍 전이(jamming transition)를 유발했습니다. 문턱값 이상의 반복적인 전류는 시스템을 재밍/유리 상태로 가소성 변형시켜 스위칭이 결정론적으로 이루어지게 합니다. 반면, 문턱값 이하의 전류는 나노 도메인 분포로 정의된 단기 기억을 지워 확률론적 스위칭을 회복시켰으며, 이는 소자 내 학습 가능성을 제시합니다. 이러한 결과는 거시적 소자에서도 상전이 현상에서 나노스케일 물리학의 중요성을 강조하며, 향후 소자 작동 방식 설계에 중요한 지침을 제공합니다.