나노기술 및 정책 정보

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  JST 과제해결형 기초연구의 일환으로 이화학연구소(RIKEN) 방사광 과학총합연구센터의 타카다 마사키(高田昌樹) 주임연구원, (주)파나소닉의 마츠나가 토시유키(松永利之) 주임기사 및 야마다 노보루(山田昇)총괄 담당 등은, ‘다시쓰기’가 가능한 DVD나 Blu-ray Disc (BD)에 실용 재료로 사용되고 있는 대표적인 2종류의 상 (相)변화 재료「GeSbTe」와「AgInSbTe」의 결정화 과정의 특징적인 차이가, 결정상과 아모퍼스상의 원자배열의 차이와 그 재조합 기구의 차이에 기인한다는 것을 원자 수준의 해석 실험과 이론 양면에서 해명하는 데 세계 최초로 성공했다.
  현재, 디지털 하이비전 방송이나 디지털 비디오카메라의 고화질 영상을 기록하는 대용량 기록 매체로 BD가 급속히 보급되고 있는데, 고화질 영상이나 장시간 기록을 한층 더 실현하기 위해서는 속도적으로나 밀도적으로나 기록 재료의 성능 한계에 도전할 필요가 있다. 그러나 GeSbTe와 AgInSbTe 모두 다시쓰기 메커니즘은 가설 단계에 머물러 있어, 재료개발에 중요한 지식을 얻을 수 있는 원자 수준에서의 실증 해명에는 이르지 못하였다.
  본 연구 그룹은 2008년 GeSbTe와 AgInSbTe 2종류의 실용 재료에 대해서 대형 방사광 시설인 'SPring-8'의 핀포인트 구조계측을 실시하고, 다시쓰기에 수반하는 재료의 기록상(아모퍼스상)과 미기록상(결정상) 사이의 상변화에 있어, 양자가 나노 초의 시간에서 분명 다른 프로세스를 나타낸다는 것을 찾아냈으나, 원자 수준에서의 구조 해명에는 이르지 못했다.

  이번 연구에서는 SPring-8의 빔 라인을 이용하여 고에너지 X선회절·X선흡수 미세구조(XAFS)·硬X선광전자분광의 방사광 실험 데이터를 기초로, 독일의 율리히(Jülich) 종합연구기구의 슈퍼컴퓨터 및 핀란드의 탐페레(Tampere) 공과대학의 이론 시뮬레이션을 이용하여 원자배열·전자구조의 종합적인 해석을 시도했다. 그 결과, GeSbTe에서는 아모퍼스상중에 결정상의 원자결합과 유사한 미세구조가 많이 포함되어 있고, 그것이 다발적인 결정핵을 생성한다는 특징을 갖는 것에 반해 , AgInSbTe의 아모퍼스상과 결정상은 기본 구조가 공통된 원자배열을 갖고 있고, 그 일부의 특정 원자결합이 변화하면 눈사태와 같이 재배열이 진행되는 특징을 볼 수 있었다. 이 두 가지 재료해석으로부터 재료 조성과 결정화 과정의 관계가 원자 수준에서 규명되었다.

  이 2종류의 실용 재료의 다시쓰기 메커니즘을 원자 수준에서 완전히 해명한 것은, 상변화 기록 재료의 설계 지침을 제공하고, 신재료의 개발을 가속화할 것으로 기대된다. 본 연구는 고휘도광과학연구센터(JASRI), 물질·재료연구기구
(NIMS), 탐페레 공과대학, 율리히 종합연구기구의 협력을 통해 이루어졌으며, 연구 성과는 2011년 1월 9일 영국 과학지 Nature Materials의 온라인판에 공개되었다.