광주과학기술원(GIST·원장 선우중호) 신소재공학과 노도영 교수팀은 나노선 구조의 핵심기술인 원자계단 형성과정의 메커니즘을 규명하는 데 성공했다고 5일 밝혔다.
노 교수팀은 실리콘 표면에 존재하는 원자계단들이 고온에서 자발적으로 모여 나노크기의 일차원 구조를 형성하는 과정을 실시간으로 관찰했으며 이를 설명할 수 있는 새로운 물리적 모델도 수립했다. 연구팀은 원자계단들이 고온 상태에서 균일하게 분포돼 있는 실리콘 표면이 온도를 낮췄을때 재구성돼 스피노달 분해(동질의 한 상태의 물질이 조건이 바뀜에 따라 두 개의 상으로 나누어지는 현상) 과정을 통해 자발적으로 서로 모여 주기적인 나노구조를 이룬 뒤 점차적으로 성장하는 과정을 실시간 관측했다.
이번 연구로 스피노달 분리 후 초기에는 원자계단이 집단적으로 움직여 뭉치는 반면, 후기에는 단일 원자계단의 확산으로 나노구조가 형성된다는 사실이 입증됐다. 이는 여러 성장온도에서 일어나는 과정을 통합적으로 설명할 수 있어 나노구조물을 컨트롤할 수 있는 중요한 단초를 제공할 것으로 평가받고 있다. 이번 연구결과는 물리학계의 권위있는 학술지인 ‘피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letters)’지에 게재됐다.
노도영 교수는 “실리콘 표면의 원자계단을 제어하는 것은 나노구조를 형성시키는 핵심기술로 주목받아 왔으나 그동안 스피노달 분해 후 성장과정을 총괄적으로 설명할 수 있는 실험이 이뤄지지 않았다”면서 “이번 연구결과는 원자 및 분자들의 실시간 움직임을 관찰해 동역학적 현상을 규명하는 시발점이 될 수 있을 것”이라고 말했다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.co.kr
