KAIST, 나선형 나노구조체 원천기술 개발

'자기 조립' 현상 이용…3차원 반도체 기반기술 활용 기대
NT·IT 접목 가능…차세대 성장 동력 확보

양극알루미늄 나노 채널 속에서 만들어진 단일 나선 나노구제체의 현미경 사진과 개념도. <자료=KAIST 제공>

정밀한 나선형 나노구조체를 개발할 수 있는 원천 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

KAIST(총장 강성모)는 연구를 주도한 윤동기 나노과학기술대학원 교수팀이 신태주 포항가속기연구소 박사, 이상복 메릴랜드주립대학 교수, 노엘 클락 콜로라도주립대 교수 등과 함께  '자기조립(self-assembly)' 현상을 이용해 3차원구조 가운데 가장 구현하기 어려운 나선형 구조를 가진 나노구조체를 개발했다고 20일 밝혔다.

연구팀은 전기화학적 반응을 통해 만들 수 있는 다공성 양극산화알루미늄막을 이용해 수십 나노미터 크기의 공간을 만들고 액정 분자가 만드는 나선형 나노구조체를 그 속에서 형성시킨 뒤 이를 독립적으로 제어하는데 성공했다.

이번에 개발된 나노구조체를 전자 현미경을 관찰 한 것. <사진=KAIST 제공>

연구팀은 액체와 결정의 중간상태인 액정 물질로 만든 이 구조가 20~200nm(나노미터) 크기의 제한된 공간에서 균일한 나선형태를 유지하며, 나노구조체의 지름이 커짐에 따라 나선 패턴의 간격도 일정하게 늘어나는 특성을 가지고 있는 것도 확인했다.

이번에 개발된 기술로 나선형 나노구조를 다양하게 변형해 적용 시킬 수 있게 되고, 전자기장에 민감하게 반응하는 액정 소재의 고유성질을 이용해 고효율의 광전자 소자 개발에 도움이 될 것으로 기대되고 있다.

또 2차원 광식각공정으로 만들어 지는 반도체가 3차원 패터닝 기술로 발전 될 수도 있다고 연구진은 설명했다. 3차원 반도체가 개발되면 기존에 비해 수백배 이상의 많은 데이터를 저장할 수 있게 되고 공정이 줄어 생산비용도 크게 절감 될 수 있다.

연구팀은 주위의 환경에 따라 블럭 완구처럼 물리적으로 조립과 분리가 가능한 다양한 연성재료를 수십 나노미터의 공간 속에서 복잡한 나노구조체를 제어하는 기술이 '자기 조립'이라고 설명했다.

윤동기 교수는 "액정물질이 형성하는 나선 나노구조체 제어의 물리·화학적 원리 규명을 세계 최초로 규명한 것"이라며 "이번 기술로 다양한 유기분자가 이루는 복잡한 나노구조체들을 기판의 표면 개질 및 한정된 공간을 이용해 제어할 수 있어 유기분자 기반 나노구조체 연구에 크게 기여 할 것"이라고 기대했다.

또 "개발된 원천기술을 바탕으로 NT(나노테크놀로지)와 IT(정보테크놀로지)가 접목될 수 있게 됐고, LCD 등 액정 관련 분야에서 차세대 성장 동력이 만들어 질 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업, 나노소재원천기술개발사업, BK21 플러스 사업으로 수행됐고, 연구 결과는 미국립과학원회보(PNAS) 7일자에 게재됐다.

 
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