​삼성이 지원한 연구팀, 세계 최초 결정핵 생성 순간 관찰 성공

삼성이 지원한 공동 연구팀이 세계 최초로 결정핵이 생성되는 순간을 관찰하는 데 성공했다. 이번 연구 결과를 담은 논문은 결정핵의 생성 원리를 제시했다는 점을 인정받아 세계적 학술지에 게재됐다.

29일 삼성에 따르면 삼성미래기술육성사업이 지원한 서울대학교 화학생물공학부 박정원 교수는 한양대학교 에리카 캠퍼스 기계공학과 이원철 교수, 미국 로렌스버클리국립연구소와 함께 세계 최초로 핵생성 과정을 원자 수준에서 직접 관찰하는 데 성공했다.

핵 생성 과정은 속도가 너무 빠르고, 원자의 크기 또한 수 옹스트롬(백억분의 1m) 정도로 작아 직접 관찰하기가 어려웠다.

공동 연구팀은 원자 한 개의 두께만큼 얇은 그래핀 막 위에 금(金) 나노 결정을 합성해 세계 최고 성능의 초고속 투과전자현미경으로 핵생성 과정을 세계 최초로 관찰했다.

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) 세계적인 학술지 '사이언스'에 게재됐다.

공동 연구팀은 원자들이 무질서하게 뭉친 덩어리 구조(비결정상)가 됐다가 정렬을 이루며 결정을 형성한 구조(결정상)도 되는 상태를 반복하는데, 결정의 크기가 커짐에 따라 점차 원자들이 정렬된 구조로 유지되면서 결정상의 상태가 되는 핵의 생성 과정을 밝혀냈다.

이는 원자들이 처음부터 규칙적으로 정렬을 이루며 결정을 형성한다는 기존의 핵생성 이론과는 다른 새로운 이론을 제시한 것이다.

물질의 구조가 변하기 위해서는 에너지가 필요한데, 초기 핵형성 단계에서는 필요한 에너지가 아주 작아 비결정상과 결정상 사이를 쉽게 오고 갈 수 있어 이 현상이 일어난다는 설명이다.

박 교수는 “결정핵이 만들어지는 과정을 발견하고, 이를 실험으로 검증해 고체 물질이 형성되는 과정의 근본 원리를 밝혔다”고 이번 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구를 지원한 삼성미래기술육성사업은 우리나라의 미래를 책임질 과학기술 연구 분야 육성·지원을 목표로 삼성전자가 2013년부터 1조 5000억 원을 출연해 시행하고 있는 연구 지원 공익사업이다.

매년 상·하반기에 각각 기초과학, 소재, ICT 분야에서 지원할 과제를 선정하고, 1년에 한 번 실시하는 지정테마 과제 공모를 통해 국가적으로 필요한 미래기술 분야를 지정해 해당 연구를 지원하고 있다.

 

이번 연구를 주도한 (왼쪽부터) 서울대학교 박정원 교수, 한양대학교 에리카 캠퍼스 전성호 박사, 한양대학교 에리카 캠퍼스 이원철 교수. [사진=삼성전자 제공]