탄소 나노튜브의 열전 효과 결여

금속성 탄소 나노튜브(Metallic carbon nanotubes)는 고밀도 나노 회로와 결합되

어 미래 전자 소자의 도선(interconnects)으로 제안되었다. 그러나 탄소 나노튜브가 

열에 견뎌낼 수 있을까? 최근 실험 결과에 따르면 금속성 탄소 나노튜브에서 열전 효

과가 나타나지 않는 것으로 확인되었다. 일리노이대(University of Illinois) 연구진

은 이에 대한 이론적 근거를 수립하여 특이한 거동을 설명할 수 있었으며, 이를 유용

하게 이용할 수 있었다. 

이번 연구 성과는 금속 형태의 탄소 나노튜브가 일반적인 전도체와는 다른 열 및 전

기 성질을 갖는 것으로 나타났다고 전기 컴퓨터 공학 교수인 쟝-피에르 레버톤

(Jean-Pierre Leburton)은 말한다. 연구진은 위의 연구 성과를 Physical Review 

Letters와 Virtual Journal of Nanoscale Science and Technology에 연이어 보고

하였다. 

레버톤 그리고 물리학과 대학원생 마르셀로 커로다(Marcelo Kuroda) 연구진은 금

속성 탄소 나노튜브에서 열전 효과(thermoelectric effect)가 나타나지 않는 것을 설

명할 수 있는 이론을 구축하였다. 금속성 탄소 나노튜브는 두 접점 사이의 온도 차이

로 인해 전류가 흐르는 전도체의 기본적인 성질인 열전효과를 나타내지 않는다. 탄

소 나노튜브는 금속임이 분명하지만, 일반적인 금속과 같은 거동을 하지 않는다. 

일반적인 전도체에서 전류는 전압 차이가 있거나 혹은 두 접점간의 온도 차이가 형

성됨으로써 유도된다. 전자는 높은 전압에서 낮은 전압 쪽으로 흐르며, 높은 온도에

서 낮은 온도로 흘러간다. 한편, 온도 불균형과 전기장간의 유사성이 존재한다. 하지

만, 금속성 탄소 나노튜브에서 열전 효과의 결여는 두 접점 사이의 온도 변화가 있을

지라도 전류가 흐르지 않는다는 것을 의미한다. 다시 말해 온도 불균형과 전압간의 

유사성이 없어졌다는 것이다. 

이는 특이한 구조를 갖고 있는 금속성 탄소 나노튜브의 기본적인 성질이다. 상이한 

키랄성(chirality)을 갖고 있는 반도체 나노튜브는 다르게 거동한다. 또한 일반적인 

전도체에서 전자는 다양한 속도를 나타내는데, 어떤 곳에서는 보다 빠르게 움직이

는 전자가 존재한다. 하지만, 금속성 탄소 나노튜브에서는 모든 전자가 동일한 속도

로 움직이는데, 이는 광자(photons)의 거동과 유사하다. 또한 나노튜브를 가열한다

고 해서 전자의 속도가 달라지지는 않는다. 

위와 같은 사실은 금속성 탄소 나노튜브가 다른 금속 전도체보다 낮은 저항을 갖고 

있다는 것을 시사한다. 고밀도 회로에서 금속성 탄소 나노튜브 도선은 열 손실을 감

소시킬 뿐 아니라 구리 나노와이어보다 낮은 냉각 시스템을 필요로 한다. 한편 이번 

연구 성과는 2005년 Physical Review Letters에 보고된 이론 연구 결과를 보다 발전

시킨 것이다.

http://www.nanowerk.com/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-01-17