충남대학교 자연과학대학 물리학과 송종현 교수가 발표한 논문이 최고 권위의 학술지인 사이언스(Science)지에 게재했다.
사이언스지는 22일 (미국현지 시간) 발행한 최신호에 송종현 교수의 논문 Atomic-Scale Chemical Imaging of Composition and Bonding by Aberration-Corrected Microscopy (수차 보정된 전자현미경을 이용한 원자 크기 단위의 화학 조성 및 결합 연구)를 게재했다.
송 교수의 이 연구는 나노 물질 합성과 분석에 대한 논문으로 일상생활에서 쓰이고 있는 반도체 소자를 대체할 수 있는 새로운 소자를 개발, 응용하는데 도움이 될 것으로 인정받고 있다.
전이 금속 산화물은 기존 반도체 물질과는 달리, 전기가 통하지 않는 절연체에서부터 전기 저항이 전혀 없는 초전도체까지 매우 다양한 특성을 띠고 있으며, 이러한 물질들이 천만분의 1센티미터 크기인 나노 사이즈로 겹겹이 쌓여진 ‘나노 적층 구조’는 기존의 반도체가 지닐 수 없었던 새로운 기능을 갖는다는 것이 이론적으로는 알려져 있었다. 그러나 현재의 합성 기술로는 한계를 뛰어넘을 수 없다.
송종현 교수의 이번 연구에서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 기술을 개발해 서로 다른 원자들을 인위적으로 마치 벽돌 쌓듯이 쌓아 올려서 기존에 자연적인 상태에서는 존재 할 수 없었던 나노 구조의 신물질을 합성하는데 성공했다.
이 연구 성과는 재료과학 분야의 가장 높은 권위를 지니고 있는 <Advanced Materials>지에 송종현 교수가 제1저자로 게재 승인을 이미 받아 놓은 상태다.
또한 기존의 격자 구조만을 확인 할 수 있었던 전자 현미경과는 달리, 합성된 나노 구조를 이루고 있는 원자들의 종류와 화학적 상태들 까지 분석해 낼 수 있는 전자 현미경을 개발했으며, 이를 통해 나노 구조의 정확한 화학적 구조까지 분석했다.
송 교수는 소자로서의 응용 직전 단계인 전이금속 산화물 박막은 레이저 증착이라는 방법을 통해 합성하는데 이 과정에서 플라즈마 속에 포함된 물질들의 움직임을 활발하게 유도시켜 줌으로써 기존의 나노 구조 합성 문제를 해결했다.
또 원자의 종류와 화학적 상태까지 구분이 가능한 전자현미경의 개발은 기존의 전자현미경에서 생기는 수차를 극소화하고, 측정기에 유입되는 산란된 전자빔의 입사량을 극대화해 기존보다 측정 감도를 매우 높임으로써 가능했다.
이와 같은 성과는 기존에는 불가능하다고 여겨지던 성과이며, 현재 반도체위주 소자에서 나타나는 단점을 쉽게 보완할 수 있는 차세대 신 소자를 개발, 응용하는데 있어서 매우 중요한 과정으로 평가받고 있다.
송종현 교수는 이번 연구에 기본적인 아이디어와 기획을 제안했으며, 국내 연구 여건이 열악한 관계로 일본 동경대의 Harold Hwang 교수와 공동연구를 진행해 왔다.
송종현 교수는 나노 적층 구조 합성 기술과 전자 현미경 기술을 토대로 실제 소자를 구현하고 또 실제 응용할 수 있는 단계까지 연구할 예정”이라며 “이를 통해 1947년 벨 연구소에서 트랜지스터가 개발 되면서 일으킨 문명의 혁명을 다시 한국에서 일으켜 보고 싶다”고 말했다.
충남대 송종현 교수,사이언스지 논문 게재
