나노선 성장 메커니즘 세계 최초 규명
21일 포스텍에 따르면 신소재공학과 오상호 교수(36·사진)가 사파이어 나노선의 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 성장 현상을 실시간으로 관찰하는데 성공했다고 밝혔다.
포스텍은 또 오 교수의 이 연구를 바탕으로 나노선이 기존 학계의 예측과는 전혀 다른 방식으로 성장한다는 논문이 사이언스지 21일자(현지시간)에 게재됐다고 덧붙였다.
트랜지스터, 메모리, 화학감지용 센서 등 다양한 분야에 활용되는 나노선은 제조 및 응용기술이 활발하게 연구된 것과 달리 원자들이 나노선으로 성장하는 메커니즘에 대해서는 지금까지 명확하게 밝혀지지 않았다.
오 교수는 직접 관찰 투과전자현미경(in-situ TEM)실험법을 사용하여 사파이어 나노선을 투과전자현미경 내에서 VLS 방식으로 성장시키고 이 과정을 원자 분해능으로 관찰해 냈다.
그간 나노선 성장 메커니즘은 기상(氣相)으로 공급되는 원료가 나노미터 크기의 액상촉매에 선택적으로 용해되고, 이로 인해 과포화 상태가 된 원료가 액상 밑으로 한 층씩 고체로 결정화되는 것으로 알려져 왔다.
하지만 오 교수는 액체 전체에서 고체가 결정화되는 것이 아니라 기체와 액체, 고체가 만나는 삼중점에서 성장과 용해 반응이 반복되며 이 과정에서 성장 중인 사파이어 나노선에 산소가 한층 한층 순차적으로 공급되고 결정화된다는 새로운 사실을 관찰해냈다.
이 반응은 수 나노미터 영역에서 단 1 초의 주기에 걸쳐 이루어지기 때문에 원자분해능으로 실시간(초당 25 프레임) 관찰하지 않는 이상 발견할 수 없으며, 지금까지 이론적으로도 예상하지 못한 전혀 새로운 성장 경로로 평가됐다.
오상호 교수는 “이번 연구는 사파이어를 이용했다는 한계가 있으나, 반도체에 흔히 사용되는 실리콘 나노선 등의 성장 메커니즘을 규명하는 단초를 제공했다고 볼 수 있다”고 설명했다.
/정철화기자
