그래핀 기공에 철 원자 메워 2차원 금속박막 구현 성공 - 세계 최고 권위 과학저널 사이언스誌 3월호 게재 성과 -
□ 미래창조과학부(장관 최문기)와 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 IBS(기초과학연구원, 원장 직무대행 ***)는 나노구조물리연구단(*** 단장)의 마크러멜리(Mark H. Rummeli) 그룹리더팀(성균관대 에너지과학과 교수)이 그래핀에 형성된 기공의 내부에 철 원자를 이동시켜 2차원의 단일층 금속박막을 만드는데 성공했다고 밝혔다.
o 연구진은 투과형 전자현미경(TEM, Transmission Electron Microscope) 이용하여 그래핀에 기공을 만든 뒤 철 원자를 이동시켜 구멍을 메웠고, 이를 통해철로 구성된 단일층 막을 만들어냈다.
o 이렇게 구현된 철 원자막은 지금까지 알려진 원자 간 간격과는 현저히 차이가 나며 3차원 구조(bulk)와는 다른 물성을 갖는다는 사실을 규명했다.
□ 이번 연구 성과는 미국과학진흥협회(AAAS)에서 발간하는 세계 최고권위의 과학저널 사이언스(Science, IF 31.027)에 3월 14일자로 게재되었다.
□ 연구진은 그동안 3차원으로만 존재가 가능했던 철 원자의 배열을 그래핀 가장자리 부분과의 상호작용을 통해 지금까지 알려져 있지 않던 새로운 2차원 단일층 금속박막을 구현하였다.
o 그래핀은 단원자 두께의 평면구조를 지닌 ‘막(membrane)’형태로 되어 있어 2차원 구조의 물질로 분류된다. 한편, 철 원자는 그래핀처럼 2차원구조가 아닌 3차원 구조를 형성하고 있으며, 원자 상호간의 결합에 관여하는 힘이 상당히 큰 공유결합으로 형성되기 때문에 2차원 구조를 갖는 것이 사실상 불가능한 것으로 알려져 있었다.
o 기존에 보고된 연구결과에서도 2차원 구조의 단일층 금속박막을 구현한 사례가 있으나, 구리, 텅스텐 등 기판으로 이를 지지하였기 때문에 완벽하게 독립된 형태의 2차원 구조로 간주되기는 어려웠다.
o 하지만 연구진은 투과형 전자현미경으로 그래핀에 기공을 만든 뒤 철 원자를 기공으로 이동시켜 그래핀의 구멍을 메워 독립된 2차원 구조의 금속막을 구현함으로써, 3차원 금속과는 다른 성질을 갖는 물질을 만들어냈다.
o 이 물질은 기존 3차원 구조가 갖는 원자 간격*과는 전혀 다른 2.65±0.05Å(옹스트롬)의 결과를 가져왔으며, 이는 그래핀과 철 금속박막의 접합 부분으로부터 기인하는 변형 때문인 것으로 예측하였다.
* (200)FCC(Face-Centered Cubic) Fe:1.8Å / (110)BCC(Body-Centered Cubic) Fe:2.0Å
* (200), (110) 등은 x y z 3개 축방향에 대한 원자의 방향성을 의미함
IBS 그래핀 기공 내 철원자 전이로 2차원의 단일층 금속박막 구현 성공
미래창조과학부와 어디에서 그래핀 기공 내부에 철 원자로 2차원 금속박막 제작을 달성했니
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