삼성미래기술육성사업 지원 연구, '결정핵 생성 원리' 첫 규명

서울대 박정원 교수 등 공동 연구팀 논문, 학술지 '사이언스'에 게재

삼성미래기술육성사업이 지원한 서울대학교 화학생물공학부 박정원 교수 등이 세계 최초로 핵생성 과정을 원자 수준에서 직접 관찰하는데 성공했다고 삼성전자가 29일 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) 세계적인 학술지 '사이언스’에 게재됐다.

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

원자가 모여 물질이 만들어지기 위해서는 '핵생성' 과정이 필수적이다. 그러나 핵이 만들어지는 과정이 너무나 빠른 속도로 일어나고, 원자의 크기 또한 수 옹스트롬 정도로 작아 직접 관찰하기가 어려웠다. 핵 생성 과정을 설명하는 여러 이론들이 있지만, 실험을 통한 증명에는 한계가 있었다.

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

공동 연구팀은 또 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.

서울대학교 박정원 교수는 "결정핵이 만들어지는 과정을 발견하고, 이를 실험으로 검증해 고체 물질이 형성되는 과정의 근본 원리를 밝혔다 "고 이번 연구의 의의를 설명했다.

한양대학교 이원철 교수는 "박막 증착 공정의 극히 초기 상태를 실험으로 재현했다"며 "이를 응용하면 향후 반도체 소재·부품·장비 분야의 원천 기술을 확보하는데 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

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

특히 박 교수는 삼성미래기술육성사업과 기초과학연구원의 지원을 받아 진행한 '나노 입자의 3차원 증명사진 촬영 기술 개발' 연구 결과가 지난해 4월에도 '사이언스'에 게재된 바 있다.

'삼성미래기술육성사업'은 우리나라의 미래를 책임질 과학기술 연구 분야 육성·지원을 목표로 삼성전자가 2013년부터 1조 5천억원을 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.