손끝의 작은 힘으로 나노 세상 접고 펼치다

연구 이미지. /포항공과대학교 제공

포항공과대학교는 이대수 물리학과 교수 연구팀이 복잡한 장비 없이 간단한 기계적 압력만으로 금속 산화물 소재의 내부 구조와 자석 성질을 정밀하게 조절하는 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

스마트폰, 컴퓨터, 전기차 같은 첨단 전자기기의 성능은 다양한 소재에 의해 결정된다. 특히 금속 산화물처럼 널리 쓰이는 소재는 내부의 미세한 결정들이 어떻게 배열되느냐에 따라 전기가 잘 흐르거나, 자석처럼 작동하거나, 빛을 내는 등 전혀 다른 성질을 띤다. 

하지만 이러한 결정 구조는 대부분 여러 방향으로 뒤섞여 있어 원하는 성질을 구현하려면 고온 가열이나 강한 전기 자극 같은 복잡하고 비용이 많이 드는 공정이 필요하다.

연구팀은 원자힘 현미경(이하 AFM)의 뾰족한 탐침으로 소재 표면에 종이를 접듯 미세한 압력을 가하면 복잡하게 얽힌 결정들이 한 방향으로 가지런히 정렬되고, 원하는 부분을 다시 되돌리거나 여러 패턴을 그려낼 수도 있다는 사실을 확인했다.

또 이 기술을 이용해 두 종류의 특수 금속 산화물 박막(스트론튬 루테네이트, 란타넘-스트론튬 망가나이트) 내부에 있는 결정들을 정밀하게 제어하는 데 성공했다.

주목할 만한 점은 결정 배열이 바뀌면 소재의 자성 즉 자석처럼 정보를 저장하거나 신호를 전달하는 성질도 함께 달라진다는 것이다.

이대수 교수는 “단순한 기계적 힘만으로 결정 구조와 자성을 동시에 제어하는 데 성공했다”며 "이번 성과가 차세대 전자소자 및 스핀트로닉스 기술 연구에 혁신적인 전환점을 될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 차세대 전자소자 기술에 새로운 전환점을 제시하며, ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 최근 게재됐다.

/단정민기자 [e-mail]