전기장만으로 나노미터 크기 구조 변환 원리 밝혀
전기장에 따른 나노 계면층 구조 변화 모식도. BF-BT 박막은 서로 다른 결정 구조와 그 사이에 형성된 나노 계면층으로 구성된다. 외부 전기장 방향에 따라 나노 계면층의 구조가 변화하며 서로 다른 결정 구조로 전환될 수 있음을 확인했다. (모식도=GIST 제공) [email protected]
[광주=뉴시스]이창우 기자 = 광주과학기술원(GIST) 연구진이 물질 내부의 미세한 경계 영역인 '나노 계면층'이 물질의 성질을 바꾸는 핵심 제어 장치 역할을 한다는 사실을 규명했다.
17일 GIST에 따르면 대학 신소재공학과 조지영 교수 연구팀이 강원대 신소재공학과 이현준 교수 연구팀과 공동으로 전기장만으로 나노미터(㎚) 크기 계면층의 결정 구조를 바꾸는 원리를 밝혀냈다.
물질은 내부 결정 구조에 따라 전기 전도성과 광학적 특성이 달라지기 때문에 이를 정밀하게 제어하는 기술이 차세대 반도체와 전자소자 개발의 핵심으로 꼽힌다.
지금까지는 물질 성분의 비율을 바꾸거나 불순물을 첨가하는 방식이 주로 활용돼 왔다.
GIST 신소재공학과 조지영 교수 연구팀. (왼쪽부터) GIST 신소재공학과 조현진 박사과정생, 설우준 박사과정생, 박성민 박사과정생, (오른쪽 위) 조지영 교수. (사진=GIST 제공) [email protected]
연구팀은 박막 내부에서 서로 다른 결정 구조가 만나는 경계 영역인 나노 계면층에 주목했다.
기존에는 내부 변형을 완화하는 보조적 역할로 여겨졌던 이 영역이 실제로는 물질의 구조와 특성을 제어하는 핵심 공간이라는 점을 확인했다.
연구진은 비스무트 페라이트-바륨 타이타네이트(BF-BT) 산화물 박막에 전기장을 가하면서 구조 변화를 실시간으로 관찰한 결과, 약 6㎚ 두께의 계면층에서만 서로 다른 결정 구조 사이의 전환이 반복적으로 일어나는 현상을 발견했다.
이번 연구는 물질의 성분을 바꾸지 않고 전기장만으로 결정 구조를 제어할 수 있는 새로운 원리를 제시했다는 점에서 의미가 크다.
연구팀은 해당 기술이 향후 차세대 반도체를 비롯해 전자소자, 센서, 광학소자 등 다양한 기능성 소재 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
조지영 교수는 "기존에는 크게 주목받지 않았던 나노 계면층을 새로운 구조 제어 영역으로 제시했다는 데 의미가 있다"며 "향후 다양한 기능성 소재 설계의 새로운 방향을 제시할 수 있을 것"이라고 말했다.
연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 '머티리얼스 호라이즌스'(Materials Horizons)에 5월19일 게재됐다.
기술이전 관련 협의는 GIST 기술사업화센터로 문의하면 된다.
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