포스텍 공동연구팀, 원자간력현미경으로 물질의 변전성 만드는데 성공

스마트폰 등의 소자로도 활용 가능

포스텍 이대수 교수

포스텍(포항공대) 물리학과 이대수 교수, 서울대 물리·천문학부 노태원 교수·박성민 박사, 서강대 물리학과 양상모 교수 등 공동연구팀은 원자간력현미경(AFM)을 이용해 물질의 변전성을 만들어내는데 성공했다. 또 이 과정을 체계적으로 정리한 가이드라인도 최초로 발표했다.

이 연구결과는 세계적인 학술지 '어플라이드 피직스 리뷰'에 게재됐다.

변전성은 물질에 균일하지 않은 힘이 가해질 때 휘어지면서 찌릿찌릿한 전기가 통하는 성질을 말한다. 이 성질을 이용하면 따로 전기장을 걸어주지 않아도 되기 때문에 스마트폰이나 발전기·구동기 등의 소자에 활용될 수 있다.

일례로 스마트폰 내에 들어 있는 다양한 소자 대부분은 압전성을 이용해 전기장을 만들어낸다. 압전성은 변전성과 달리 물질에 한쪽 방향으로 균일한 힘이 가해질 때 전기장이 생기는 성질이다. 다만 압전성이 큰 물질은 인체에 유해한 성분이 있기 때문에 대체물질의 개발이 반드시 필요하다.

이에 연구팀은 물질의 크기가 나노미터 단위로 작아질수록 변전성이 커진다는 사실에 주목했다.

우선 나노미터 물질의 변전성을 활용하기 위해 원자간력현미경의 뾰족한 탐침으로 물질의 표면을 눌렀다. 그리고 물질의 표면을 누르는 과정에서 나타나는 복잡한 미시적 효과를 정리했다.

동시에 변전성 외에 나타날 수 있는 다른 미시 현상들을 폭넓게 확인하고, 변전성과 다른 현상들도 구분하는 방법론을 제안했다.

포스텍 이대수 교수는 "지난 10년 동안 원자간력현미경 기술은 나노미터 크기 물질의 변전성에 대한 많은 연구의 중요한 기초가 됐다"며 "변전성이 나타나는 나노미터 물질은 기존의 압전 소재를 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 나노미터 단위의 발전기·구동기 소자로도 사용할 수 있을 것으로 보인다"고 했다.