국내 연구진, 나노선 성장 메커니즘 세계최초 규명

[아시아경제 김수진 기자] ‘세계를 변화시킬 10대 신기술’로 꼽히며 활발한 연구가 진행돼온 나노선(nanowire)의 성장 메커니즘을 국내 연구진이 세계 최초로 규명했다.

포항공과대학교(POSTECH)는 오상호 신소재공학과 교수(36)가 사파이어 나노선의 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 성장 현상을 실시간으로 관찰하는데 성공했으며, 이 연구를 바탕으로 나노선이 기존 학계의 예측과는 전혀 다른 방식으로 성장한다는 논문을 사이언스지에 게재(현지시각 21일)했다고 22일 밝혔다.

POSTECH 오상호 신소재공학과 교수

VLS성장은 액체와 기체가 만나 자연스럽게 고체를 형성하는 나노선 성장방식으로 주로 고온에서 이뤄진다.

나노선은 트랜지스터, 메모리, 화학감지용 센서 등 다양한 분야에 활용되지만 원자들이 나노선으로 성장하는 과정은 실험적 제약이 뒤따라 지금까지 명확히 밝혀지지 않았다.

반면 오 교수는 투과전자현미경 안에서 실제로 실험을 진행하는 ‘직접 관찰 투과전자현미경 (in-situ TEM)’실험법을 이용해 사파이어 나노선을 투과전자현미경 내에서 VLS 방식으로 성장시키고, 이 과정을 원자 분해능으로 관찰하는 성과를 올렸다.

오 교수는 "초당 25프레임을 볼 수 있는 원자분해능을 이용해 관찰한 결과 기체와 액체, 고체가 만나는 지점에서 성장과 용해 반응이 반복되며 이 과정에서 성장 중인 사파이어 나노선에 산소가 순차적으로 공급돼 한 층씩 결정화되는 현상이 관찰됐다"며 "이번 연구는 사파이어를 이용했다는 한계가 있으나 반도체에 흔히 사용되는 실리콘 나노선 등의 성장 메커니즘 규명에 단초를 제공했다고 볼 수 있다"고 설명했다.

특히 이번 연구는 오 교수가 지난 2005년 10월 사이언스에 발표한 ‘사파이어 표면에서의 액체 알루미늄의 규칙성(Ordered Liquid Aluminum at the Interface with Sapphire)’의 후속 논문으로, 이 같이 한 연구의 연속 논문이 연이어 게재되는 것은 매우 이례적인 것으로 평가되고 있다.

오 교수는 "사이언스의 이례적 게재 결정은 나노물질에 대한 기초연구 필요성이 대두됐기 때문"이라며 "향후 '직접관찰 투과전자현미경' 방식으로 금 나노선과 같은 나노물질의 성능과 특성을 분석하는 연구를 계속해 나갈 계획"이라고 밝혔다.

김수진 기자 sjkim@