나노기술 및 정책 정보

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나노테크놀로지 부문에서 새로운 발견이 실현되었다. 프로젝트는 벨기에 리에쥬 대학의 Philippe Ghosez 교수를 선두로 한 이론연구 그룹과 스위스 제네바 대학의 Jean-Marc Triscone 교수를 중심으로 한 실험연구 그룹의 협력으로 수행되었다. 유럽 연구원들은 전이금속산화물(transition metal oxides)로 이루어진 초 격자(superlattice) 구조의 재료를 만들어냈다. 전망이 밝은 이 새로운 인공화합물은 전자공학 부문의 재료 개발에 혁명적인 길을 열어줄 것으로 기대된다.

전이금속산화물은 비교적 새롭고 아주 활력적인 과학 분야이다. 1986년에 액체질소의 비등점(77K, 혹은 섭씨 -196도)보다 높은, 비교적 높은 온도의 초 전도체(supraconductors)의 발견에 노벨상이 수여되면서, 이에 대한 관심이 집중되게 되었다. 전이금속산화물은 초전도성 이외에도 절연체와 반도체의 특성을 가지며, 쉽게 여러 장치에 통합될 수 있다.

연구그룹은 두 종류의 산화물(PbTiO3와 SrTiO3)이 교차된 원자 두께의 다층 구조 (multilayer structure)를 가진 초 격자를 만들었다. 이러한 구조는 이들 기본재료의 성격과는 근본적으로 다른 특성을 나타낸다. 연구원들은 인공적으로 만들어진 층 구조와 층간의 계면에서 원자 차원에서 일어나는 상호작용으로 인하여 이러한 전혀 다른 특성이 나타나게 된다고 설명한다.

이 두 개의 산화물, PbTiO3과 SrTiO3은 이미 잘 알려진 재료이다. 벨기에 리에쥬에서 실현된 이론적 연구는 초격자에서 이들 재료의 결합이 두 개의 불안정한 타입들 간의 기대치 않은 연결을 초래하여 "적절치 않은 강 유전성(improper ferroelectricity)"의 현상으로 이끌게 될 것이라고 예견하다.

원래 강 유전성은 컴퓨터를 위한 비 휘발성(non-volatile) 기억장치, 마이크로 전기기계 장치(micro-electromechanical machines)나 적외선 감지기(infrared detectors) 등 수많은 부문에서 응용될 수 있다. 반면에, 적절치 않은 강 유전성은 자연 재료에 흔히 나타나지 않으며, 유용성을 갖기에는 그 효과가 너무 미미한 것으로 알려져 있다.

이론 연구를 보완하기 위한 실험연구가 제네바에서 수행되었는데, 초 격자의 적절치 못한 강 유전성이 실질적으로 확인되었다. 실험연구는 또한 온도가 아주 높으면서 동시에 온도에 무관한 유전체(dielectric)라는 새로운 예외적으로 유용한 특성을 입증해 주었다. 일반적으로 이 두 가지 특성은 함께 존재할 수가 없다. 그런데, 여기에서는 최초로 한 재료 속에 결합되어 있다.

이러한 나노 재료는 즉각적인 응용을 이끌어 낼 수 있는 이외에도, 새로운 연구 분야로 활로를 열어 줄 것이며, 원자 차원에 대한 인터페이스 엔지니어링(interface engineering)이라는 새로운 개념에 기반한 참신한 기능성 재료(functional materials)를 만들 수 있는 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.

* yesKISTI 참조