삼성미래기술육성사업 지원 연구, 세계 최초 결정핵 생성 관찰

세계적 학술지 '사이언스'에 게재..향후 반도체 등 원천기술 확보에 활용 가능

이번 연구를 주도한 (왼쪽부터)서울대학교 박정원 교수, 한양대학교 에리카 캠퍼스 전성호 박사, 한양대학교 에리카 캠퍼스 이원철 교수 /사진제공=삼성전자

삼성미래기술육성사업이 지원한 연구가 세계적인 학술지에 오르는 성과를 냈다.

28일 삼성전자는 삼성미래기술육성사업의 지원을 받은 박정원 서울대 화학생물공학부 교수(기초과학연구원 나노입자 연구단 연구위원)가 이원철 한양대 에리카(ERICA) 캠퍼스 기계공학과 교수, 미국 로렌스버클리국립연구소와 함께 세계 최초로 핵생성 과정을 원자 수준에서 직접 관찰하는데 성공했다고 밝혔다.

연구 결과를 담은 '원자핵이 결정화되는 과정에서 일어나는 비결정상과 결정상 사이의 가역적 전이' 제목의 논문은 학계의 오래된 난제였던 결정핵 생성 원리를 제시한 것을 인정받아 28일(미국 현지시간) '사이언스'지에 게재됐다.

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결정핵이 생성되는 과정, 실험을 통해 검증

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초고속 투과전자현미경을 활용해 관찰한 금 원자가 비결정상과 결정상의 상태를 반복하며 결정핵으로 성장하는 과정 /사진제공=삼성전자

원자가 모여 물질이 만들어지기 위해서는 '핵생성' 과정이 필수적인데 이 과정은 너무 빠른 속도로 일어나고, 원자의 크기 또한 수 옹스트롬(백억분의 1m) 정도로 작아 직접 관찰이 어려웠다.

연구팀은 원자 한 개의 두께만큼 얇은 그래핀 막 위에 금 나노 결정을 합성, 세계 최고 성능의 초고속 투과전자현미경으로 핵생성 과정을 세계 최초로 관찰하는데 성공했다.

원자들은 무질서하게 뭉친 덩어리 구조(비결정상)와 정렬을 이루며 결정을 형성하는 구조(결정상)를 반복하는데, 연구팀은 결정의 크기가 커짐에 따라 점차 원자들이 정렬된 구조로 유지되면서 결정상의 상태가 되는 핵의 생성 과정을 밝혀냈다. 원자들이 처음부터 규칙적으로 정렬을 이루며 결정을 형성한다는 기존의 핵생성 이론과 다른 이론을 제시한 것이다.

기존의 핵생성 과정과 이번 연구에서 새롭게 관찰한 핵생성 과정을 비교한 도식 /사진제공=삼성전자

이 교수는 "박막 증착 공정의 극히 초기 상태를 실험으로 재현했는데, 이를 응용하면 향후 반도체 소재·부품·장비 분야의 원천기술을 확보하는 데 활용할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

박 교수는 삼성미래기술육성사업과 기초과학연구원 연구단 사업의 지원을, 이 교수는 한국연구재단의 4단계 두뇌한국21(BK21) 사업의 지원을 받아 이번 연구를 수행했다.

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삼성미래기술육성사업, 2013년부터 1조5000억원 출연해 연구 지원

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삼성미래기술육성사업은 과학기술 연구 분야 육성·지원을 목표로 삼성전자가 2013년부터 1조5000억원을 출연해 시행하고 있는 연구 지원 공익사업이다.

매년 상·하반기에 각각 기초과학, 소재, ICT 분야에서 지원할 과제를 선정하고, 1년에 한 번 실시하는 '지정테마 과제 공모'를 통해 국가적으로 필요한 미래기술 분야를 지정해 해당 연구를 지원하고 있다. 2013년부터 지금까지 634개 과제에 8125억원의 연구비가 지원됐다.

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박소연 기자 soyunp@mt.co.kr

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