▲ 연구이미지(AI생성이미지)
눈에 보이지 않는 세계에서 소재의 성능을 설계하는 기술 경쟁이 한층 속도를 내고 있다. KAIST 연구진이 나노 단위 전기 특성을 정밀하게 다루는 새로운 연구 지침을 제시하며 차세대 소재 개발 방향을 구체화했다.
KAIST 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀은 원자간력 현미경(AFM)을 활용해 강유전체의 전기 상태를 정밀하게 분석하고 조작할 수 있는 통합 전략을 정리한 리뷰 논문을 발표했다. 기존에는 나노 규모에서 일어나는 변화를 정밀하게 포착하는 데 어려움이 있었지만, 이번 연구는 이를 체계적으로 해석하고 활용하는 방법을 제시했다는 점에서 의미가 크다.
강유전체는 외부 전원이 끊겨도 전기적 상태를 유지하는 특성을 지닌다. 이 특성 덕분에 차세대 메모리와 고감도 센서의 핵심 소재로 꼽힌다. 반도체 소자가 점점 더 작아지는 흐름 속에서, 이런 물질의 미세한 거동을 이해하고 제어하는 기술의 중요성도 함께 커지고 있다.
▲ 왼쪽부터 KAIST 김연규 박사과정, 홍승범 교수, 박건우 석-박사통합과정
연구팀은 AFM을 기반으로 압전반응 힘 현미경, 켈빈 탐침 힘 현미경, 전도성 현미경 등 다양한 분석 기법을 결합해 소재 내부의 전하 분포와 구조를 입체적으로 파악하는 체계를 구축했다. 이는 탐침을 이용해 전기 자극을 가하고 데이터 영역을 설계하는 수준까지 확장된 연구 방식이다.
특히 이 기술은 이황화몰리브덴과 하프늄지르코늄산화물 계열과 같은 차세대 반도체 소재의 성능 검증과 개선에도 활용 가능성이 제시됐다. 나노 영역에서 물질 특성을 직접 조절할 수 있다는 점에서 연구 도구 이상의 의미를 갖는다.
▲ 연구이미지(AI생성이미지)
앞으로의 방향도 제시됐다. 고속 AFM과 인공지능을 결합하면 복잡한 나노 구조를 빠르게 분석하고 최적의 소재 설계까지 이어지는 연구 환경이 구축될 것으로 전망된다. 에너지와 반도체 산업 전반에 영향을 줄 수 있는 기술적 기반으로 평가된다.
이번 연구에는 김연규 박사과정, 박건우 석·박사통합과정이 공동 제1저자로 참여해 연구 완성도를 끌어올렸다. 연구 성과는 영국 왕립화학회가 발행하는 국제 학술지 '재료화학 저널 C' 전면 표지 논문으로 2월 26일 게재되며 학술적 성과까지 인정받았다.
▲ 재료화학저널 C(JMCC) 전면 표지논문 선정 사진
홍승범 교수는 AFM이 관찰 장비를 넘어 소재 설계와 제어를 수행하는 핵심 도구로 자리 잡고 있다고 설명했다. /대전=이한영기자
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