UNIST가 눈에 보이지 않는 나노세계의 독특한 물리법칙을 규명할 메커니즘을 발견했다.
UNIST(총장 정무영)는 조범석 자연과학부 화학과 교수팀이 '물질파(matter-wave)'의 새로운 반사(회절) 매커니즘을 밝혀내 나노 세계에서 두드러진 '분산 상호작용'을 규명할 새로운 토대를 마련했다고 11일 밝혔다.
분산 상호작용은 물질 속 전자들이 나타내는 아주 미세한 힘이다. 나노미터(㎚, 1㎚는 10억 분의 1m) 세계에서는 물질에 큰 영향을 미친다. 워낙 미세해 측정이 어려웠지만 이번 연구로 물질파를 이용한 측정 가능성이 열렸다.
물질파는 입자가 아닌 파동으로 나타나는 물성이다. 물질의 질량이나 속도가 작을 때 두드러진다. 물질을 이루는 원자나 전자에서 볼 수 있는데 이 물질파를 이용하면 나노 세계의 새로운 물리현상을 밝혀낼 수 있다.
조 교수팀은 선폭이 아주 좁은 '사각파형 회절판'을 이용해 물질파의 회절 현상을 검증하고, 분산 상호작용을 측정할 수 있는 새로운 방법을 찾아냈다. 사각파형 회절판에 빛이나 물질파를 쏘면 장애물인 사각형을 돌아서 나아가는 회절 현상이 나타난다.
조 교수팀은 400마이크로미터(㎛, 1㎛는 100만 분의 1m) 간격으로 사각형을 세운 사각파형 회절판에 헬륨(He)이나 중수소(D₂)로 이뤄진 물질파를 쏘았다. 사각형의 선폭을 줄여가면서 실험한 결과, 선폭 감소에 따라 물질파의 반사 결과가 '주기성 반평면 집합체'의 이론값에 가까워진다는 것을 확인했다. 여기서 '반평면'은 무한대로 펼쳐진 평면을 한 직선으로 잘라 둘로 나눈 한쪽을 일컫는 말이다. 광학에서는 이러한 이상적인 구조를 기본 모델로 활용해 회절 현상을 설명한다.
조 교수는 “사각파형 회절판에 물질파를 스치듯 입사시키는 방법으로 나노 구조 표면에서 나타나는 분산 상호작용을 측정할 기반을 마련한 것”이라며 “다양한 나노 구조의 분산 상호작용을 측정해 나노미터 크기의 전자제품과 부품 제조 과정에서 문제가 될 수 있는 영향력들을 예측할 수 있다”고 설명했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
