나노기술 및 정책 정보

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● 포항공과대학교(POSTECH) 물리학과의 이대수 교수, 서울대학교 물리·천문학부의 노태원 교수·박성민 박사, 서강대학교 물리학과의 양상모 교수 공동연구팀이 원자간력현미경(AFM)을 이용해 물질의 변전성을 만들어내는 데 성공

● 스마트폰 안에 들어 있는 다양한 소자 중 상당수는 압전성을 이용해 전기장을 만들어내지만, 압전성이 큰 지르콘 타이타늄산 납(PZT) 등은 인체에 유해한 성분이 있어 대체물질의 개발이 필요한 상황

● 이에 대안으로 사용될 수 있는 변전성은 고체에서 너무 작게 나타나 실질적으로 산업 분야에 적용하기 어려웠지만, 물질의 크기가 나노미터(nm) 단위로 작아질수록 변전성이 커진다는 사실이 밝혀지면서 활용 가능성에 대한 연구가 진행 중임.

● 특히, 나노미터 물질의 변전성을 활용하기 위해선 원자간력현미경의 뾰족한 탐침(tip)으로 물질의 표면을 누르는 방법이 사용되지만, 그동안 이에 대한 체계적인 가이드라인이 부재했고, 물질 표면을 누르는 과정에서 나타나는 미시적 효과에 대해서도 정리된 바가 없었던 상황

● 이에 연구팀은 원자간력현미경을 이용해 변전성을 조절하는 방법을 정리하였으며, 동시에 변전성 외에 나타날 수 있는 다른 미시 현상들을 소개하고, 변전성과 다른 현상들을 구분할 수 있는 방법론도 제안

● 변전성이 나타나는 나노미터 물질은 기존의 압전 소재를 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 나노미터 단위의 발전기·구동기 소자에 적용 가능하며, 향후 반도체·촉매 소자나 빛을 받으면 전류가 흐르는 광전지에도 활용이 기대

※ 용어설명

- 변전성(Flexoelectricity): 물질에 균일하지 않은 힘이 가해지면 휘어지면서 전기가 통하는 성질

- 압전성(Piezoelectricity): 물질에 한쪽 방향으로 균일한 힘이 가해질 때 전기장이 생기는 성질

※ Applied Physics Reviews 게재(2022.12.29.), “Flexoelectric control of physical properties by atomic force microscopy”

※ 한국연구재단(신진연구자지원사업, 선도연구센터사업), 기초과학연구원 지원