소금으로 만든 스위치, 이온 컴퓨팅은 신뢰성에서 판가름 난다

첨단 기술의 진보가 반드시 낯선 물질에서만 나오는 것은 아니다. UNIST 김태성 교수팀이 나노미터 크기의 통로 안에서 소금 결정을 만들고 녹여 이온 흐름을 여닫은 연구가 눈길을 끄는 이유도 여기에 있다. 필자가 주목한 대목은 소금 자체가 아니라, 흔히 막힘과 고장의 원인으로 여겨지던 결정화를 스위치의 작동 원리로 뒤집었다는 발상이다.

전자 대신 이온을 다루는 문

나노유체 기술은 머리카락 굵기보다 훨씬 작은 통로에서 물과 이온의 움직임을 다룬다. 이 정도로 공간이 좁아지면 통로 벽의 전하와 물 분자의 배열이 흐름을 크게 좌우한다. 이를 이용해 전류를 조절하는 분야를 ‘이오닉스’ 또는 이온 회로라고 부른다. 전자가 움직이는 반도체 회로와 달리, 생명체의 신경 신호나 체액 속 전달처럼 양전하와 음전하를 띤 입자가 정보의 운반자가 된다.

그동안 이온 흐름을 제어하려면 통로 표면의 전하를 바꾸거나 전압, 산성도 같은 주변 조건을 조절하는 접근이 널리 연구됐다. 그러나 생체 시료처럼 조성이 복잡한 환경에서는 이런 조건들이 서로 간섭하기 쉽다. 소금이 결정으로 굳으면 통로를 막고, 다시 녹으면 길을 연다는 방식은 물리적으로 직관적이다. 복잡한 제어 장치를 줄일 가능성이 있다는 점에서 반갑다.

작동보다 반복 가능성이 중요하다

다만 원리가 단순하다고 소자가 곧바로 단순해지는 것은 아니다. 결정은 매번 같은 위치와 크기로 생기지 않을 수 있고, 좁은 통로에 잔류물이 쌓이면 스위칭 속도와 문턱값이 달라질 수 있다. 온도와 습도, 용액 속 다른 이온도 결정의 생성과 용해를 흔들 변수다. 따라서 앞으로는 몇 번 켜고 껐는지가 아니라 장기간 반복해도 성능 편차가 작았는지, 여러 소자를 한꺼번에 만들었을 때 같은 결과가 나오는지를 보여줘야 한다.

우리 연구계와 산업계도 ‘새로운 이온 스위치’라는 이름에 머물러서는 안 된다. 바이오센서나 체액 기반 진단 장치처럼 이온 환경과 직접 만나는 분야를 목표로 정하고, 실제 시료에서의 오염·내구성·제조 공정을 함께 검증해야 한다. 이번 성과의 진짜 가치는 소금 결정 하나가 아니라 불편한 물리 현상을 기능으로 전환한 시선에 있다. 그 시선을 신뢰할 수 있는 공정으로 연결할 때, 이온 회로는 실험실의 흥미로운 장치를 넘어 전자회로와 생명 신호 사이를 잇는 기술이 될 수 있다고 본다.