KAIST 신소재공학과 홍승범 교수가 제네바 대학교 연구팀이 세계 최초로 강유전체의 비대칭 마멸 현상을 관찰하고, 이를 이용한 혁신적인 나노 패터닝 기술을 개발해 화제다.

이 기술은 화학 물질 없이 강유전체를 식각 할 수 있게 되어, 반도체와 센서 등의 제조에서 기존 방식에 비해 낮은 비용과 빠른 제작 속도를 제공한다.

연구팀은 강유전체 소재의 표면 특성을 연구하면서, 강유전체의 표면이 마멸되는 현상을 발견했다. 

이를 바탕으로 한 나노 패터닝 기술은 기존의 화학 물질을 사용한 리소그래피 방식과는 달리, 강유전체의 표면을 비대칭적으로 조작해 나노 구조를 형성하는 것으로, 기존 공정 대비 매우 빠르고 저렴하게 나노 패턴을 만들 수 있다.

연구진은 강유전체의 트라이볼로지 특성을 조사하면서, 강유전체의 분극 방향에 따라 트라이볼로지 특성이 달라진다는 사실을 제시했다.

이를 이용해 강유전체 내부의 분극 방향에 따라 나노 구조를 제작하는 기술을 개발했다. 

이러한 기술은 강유전체의 분극 방향에 민감한 트라이볼로지 비대칭성을 활용해 다양한 화학적 구성과 결정 구조를 가진 강유전체에서 적용될 수 있는 잠재력을 보여준다.

1 저자인 KAIST 신소재공학과 졸업생 조성우 박사는 "세계 최초로 관찰된 강유전체의 비대칭 트라이볼로지를 규명한 이번 연구는 강유전체의 분극에 민감한 트라이볼로지 비대칭성이 다양한 화학적 구성과 결정 구조를 가진 강유전체에서 활용될 수 있다는 것을 입증했다"며 후속 연구에 대한 기대감을 나타냈다. 

연구를 이끈 KAIST의 홍승범 교수는 "이번 연구로 개발된 패터닝 기술은 화학 물질을 사용하지 않고도 매우 낮은 비용으로 대면적 나노 구조를 만들 수 있어, 산업적으로 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다"고 밝혔다. 

제네바 대학교의 파루치 교수는 "변전 효과를 이용해 강유전체의 도메인이 분극 방향에 따라 서로 다른 표면 특성을 나타내는 것을 활용함으로써, 다양하고 유용한 기술들을 개발할 수 있을 것"이라고 전망했다.

이번 연구는 한국연구재단과 KAIST 글로벌특이점 사업의 지원을 받았으며, 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표되었다. 이를 통해 나노 기술 분야에서의 새로운 혁신이 기대된다. /대전=이한영기자