나노입자의 자기 정렬(self-assembly) 진행과정 규명

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-05

독일의 글라스고우 대학교(University of Glasgow)의 르로이 크로닌(Leroy Cronin) 교수팀은 나노입자의 자기 정렬과정의 영상을 촬영하였다. 이는 원자 하나하나의 정립과 설계에 매우 중요한 단서를 제공하는 것이다. 이 연구는 과학저널 사이언스 최근호에 발표되었다. 분자 빌딩 블럭의 자기 정렬은 종종 새로운 구조를 제조하는 방법으로 사용된다. 자기 정렬이 고체 표면위에 형성될 때에, 독립된 분자 구조의 변형과 성질을 가지게 된다. 예를 들면, 연결된 분자의 전자 상태가 전자 이동도를 향상시킬 수 있는 상태로 되기도 한다. 특히 분자들의 자기 정렬 형태는 나노 수준의 전자 소자에 있어서 좋은 전하 이동도(charge-mobility) 성질을 가지는 소자를 만들 수도 있다. 기존에도 미국 버지니아 대학교(University of Virginia), 피츠버그 대학교(University of Pittsburgh)와 피츠버그에 있는 국립 에너지 기술 연구소(National Energy Technology Laboratory)에서 화학 반응을 변화시킬 수 있는 자기 정렬법을 선보였다. 주사 터널 현미경(scanning-tunnelling microscope (STM))의 탐침을 이용하여 전자를 분자 고리의 한쪽 끝에 주입하고, 황-황 결합을 분해하고 새로운 다이메틸디설파이드 분자를 형성하게 만들었다. 이러한 연구결과가 작은 에너지를 통하여 체인 반응을 일으킬 수 있는 다른 물질에도 응용이 될 수 있을 가능성을 보여주었다. 또한, 디스크 모양의 분자(Disk-like molecules)는 나노 와이어(nanowires)와 같이 매우 안정한 형태(robust structures)로 자기 정렬(self-assembled)이 가능하다. 기존에도 미국의 워싱턴 대학교(University of Washington)의 알렉스 젠(Alex Jen) 박사와 중국의 시추안 대학교(Sichuan University)의 공동 연구 결과, n-타입의 분자로부터 1차원적인 나노 와이어를 제조하였다. 특히 자기 정렬법을 실제 소자 제조 공정에 응용한 예도 있다. 마이크로 컨택 인쇄 기술(microcontact printing technique)을 이용하여 자기 정렬된 나노 와이어를 가지고 표면에 패턴을 만드는 기술로써 나노구조로부터 기능성을 부여한 소자에 적용할 수 있다. 이는 광식각 공정(photolithography)과 자기 정렬 방법(self-assembly)을 실리콘 웨이퍼의 패턴에 접목하였다. 이 공정은 처음에는 광식각 공정을 이용하여 빛에 민감한 포토 리지터(light-sensitive photoresist)로 패턴을 만든다. 포토 리지터를 현상하여 제거한 후에 폴리일렉트로라이트 용액(aqueous polyelectrolyte solution)을 이용하여 표면에 정전기적인 자기 정렬법(electrostatic self-assembly)을 이용하였다. 이러한 후속 공정은 광식각 공정만을 사용한 것보다 더욱 미세한 패턴을 제조하여 다층 박막 공정에 응용될 수 있다. 본 기술은 대면적 고집적화를 반도체 공정의 미세 선폭을 제조하는데 획기적으로 응용될 것으로 여겨진다. 따라서, 새로운 물질이나 전자 소자 및 살아있는 세포에서 바이오 정밀 기계등에서 나노입자의 정렬을 정확하게 이해하는 것은 매우 중요하다. 자기 정렬을 제어하고 이를 통하여 새로운 물질과 기능을 개발하는 것은 향후 새로운 응용분야를 더욱 정교하게 제어할 수 있음을 시사한다. 본 실험에서 나노입자의 자기 정렬은 흐르는 유체에 나노입자를 주입하여 자기 정렬의 형성 과정을 조사하였다. 이는 아주 작은 입자를 외부의 환경 변화에 영향을 받지 않고 자기 정렬 과정을 관찰할 수 있는 것이 특징이다. 실험에 사용된 몰리브데니늄 산화물 분자 주변에 자기 정렬되는 나노입자의 영상을 X-선을 이용하여 촬영하였고, 직경이 3.6나노미터의 바퀴모양의 분자 구조를 이루고 있다. 이 연구는 향후 아주 정밀을 요구하는 전자소자, 의학 소자나 촉매등에 응용되어 정밀한 나노입자의 위치와 구조를 제어할 수 있는 단서를 제공할 것으로 예상한다고 크로닌 교수는 설명하였다. 자세한 내용은 첨부한 논문을 참조하기 바란다. 참고 논문: ‘Unveiling the Transient Template in the Self-Assembly of a Molecular Oxide Nanowheel’ Science. 327_72_F1.gif 327_72_F2.gif 327_72_F4.gif 출처 : http://www.physorg.com/print181849583.html