나노기술 및 정책 정보

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● 일본 도쿄공업대학교의 이마오카 다카네 교수 연구팀이 고해상도의 전자현미경을 이용하여 이종 금속원자가 결합하는 모습을 실시간으로 관찰하는 데 세계 최초로 성공

● 지금까지 불가능했던 금-은-구리 원자를 각 1개씩 포함하는 최소 3원소 합금 ‘AuAgCu’를 직접 관측

● 연구팀은 그래핀 상에 다양한 금속원자를 분산시킨 샘플을 준비하고, 원자를 관찰할 수 있는 분해능을 갖는 ‘암시야 주사투과전자현미경(ADF-STEM)’을 사용하여 결합 모습을 실시간으로 관찰

● 그래핀 상에 증착된 금, 은, 구리 원자를 관찰한 결과, 원자가 그래핀 표면을 항상 돌아다니며 원자끼리 결합하거나 멀어지는 모습이 관측되었으며, 2개의 원자 사이의 거리는 금 이량체의 결합 거리인 약 0.26nm(나노미터)를 최빈값으로 하여 분포되었으며, 이 거리를 경계로 늘어나는 빈도와 줄어드는 빈도가 바뀌고 있는 모습이 확인되었는데, 이는 평형 핵간 거리(0.26nm)보다 먼 경우 원자간 인력이 작용하고 있음을 나타냄

● 특히, 원자 간에 끊임없이 결합이 생성, 절단되는 모습이 관찰되었는데, 결합은 동종의 원자간 뿐만 아니라 이종 원자 간에서도 생성되고 있었으며, 총 24 종류의 동핵 및 이핵 이원자 분자를 최초로 관찰하는 한편, 벌크 금속 중에서는 일반적으로 상분리되어 균일한 합금을 만들지 않는 화폐 금속인 금, 은, 구리 원자가 각 1개씩 포함된 3원자 분자를 관찰하는 데 성공

● 본 연구는 향후 금속 서브 나노입자(클러스터)와 같은 비정질 구조를 갖는 무기 재료의 구조를 규명하는 데도 공헌함으로써 새로운 촉매 설계 등으로 이어질 것으로 기대

※ Nature Communications 게재(2022.05.27.), “Dynamic hetero-metallic bondings visualized by sequential atom imaging”