한-미 연구진이 단결정 니켈 산화물의 나노박막 적층에 처음 성공했다.
한국원자력연구원(원장 김종경) 중성자과학연구부 이준혁 선임연구원은 원자층을 한 층씩 쌓아 나노미터(㎚) 단위의 박막을 만드는 산화물 분자선 증착 기술을 개선하고 층상구조 형태의 단결정 란타늄 니켈 산화물 박막을 적층하는 데 성공했다고 18일 밝혔다.
이 연구는 미국 알곤국립연구소 존 프리랜드(John W. Freeland), 딜런 퐁(Dillon D. Fong) 박사 연구팀, 위스콘신주립대학교 데인 몰간(Dane Morgan) 박사 팀과 공동으로 진행됐다.
란타늄 니켈 산화물은 뛰어난 이온전도성과 촉매반응성을 갖고 있어 전극, 촉매 등의 에너지 분야 소재로 연구가 활발하지만, 결정배열이 불규칙해 물질합성에 어려움을 겪어 왔다.
연구팀은 미국 알곤국립연구소 방사광가속기의 ‘산화물 분자선 증착 장치(Oxide MBE)’를 이용해 산화물 원자층을 쌓는 과정을 실시간 관찰하고, 이 과정에서 일부 원자층의 순서가 고정되지 않고 뒤바뀌는 ‘층간 자발적 재배열 현상’을 밝혀냈다.
연구팀은 이 현상을 응용해 란타늄 산화물과 니켈 산화물의 원자층을 쌓는 순서를 의도적으로 조작함으로써 층상구조 형태의 단결정 란타늄 니켈 산화물 박막을 쌓는 데 성공했다.
이주혁 선임은 “연구용 원자로 하나로(HANARO)의 냉중성자 연구시설에 구축돼 있는 중성자 반사율 측정장치(REF-V) 등을 이용해, 이번 연구결과를 층상구조 물질의 구조 변화와 물성 측정 등 신물질 연구에 적용·확대해 나갈 계획”이라고 말했다.
이 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스’ 온라인판 3일자에 게재됐다.
대전=박희범기자 hbpark@etnews.com
