발표내용 |
재료와 소자의 성질은 원자 구조에 의해 결정된다. 따라서 재료의 원자 구조와 그 특성 간의 관계를 이해하고, 재료 합성 과정과 소자 제작 과정에서 원자 구조를 정밀하게 제어할 수 있다면, 원하는 성능을 가진 새로운 재료와 소자의 설계가 가능하다.
하나의 예로, 소재에 가해지는 미세한 변형은 촉매 활성도 뿐만 아니라 전기적/광학적 성능 등에 큰 영향을 줄 수 있다. 전기장에 의해 소재의 표면층의 원자구조가 미세하게 변하며 나아가 이러한 표면 원자층의 변화는 열전도 특성를 제어하는 요소가 된다. 이와 같이, 소재의 특성을 정밀하게 제어하려면 개별 원자의 역할까지 이해하여야 가능하지만, 이를 실현하게 되면 복잡한 구조를 가진 다기능 소자를 최소한의 소재로 제작이 가능하게 된다.
이러한 소재와 소자 특성과 메커니즘은 큰 스케일에서의 측정으로는 확인이 불가능하며, 고해상도의 실시간 전자현미경기술로 확인이 가능하다. 실시간 전자현미경은 원자 단위 수준까지 정확한 위치를 파악하여, 특정 원자 구조가 소재 특성에 어떤 영향을 주는지를 직접적으로 이해할 수 있게 한다. 전자현미경 내부에서 전기장, 빛, 기계적 변형, 온도 등을 인가하여 소재를 자극하고 조작하는 실시간 전자현미경 기술이 발달하면서, 소재 특성의 메커니즘에 미치는 원자 구조의 정량적 영향을 파악할 수 있다. 전자현미경의 가장 강력한 장점은 1 Å (옹스트롬)보다 더 우수한, 비교할 수 없을 정도로 뛰어난 공간 해상도에 있으며, 따라서 원자의 위치를 결정하는 분석 정밀도를 수 pm 수준으로 확보 가능하다. 또한 전자 토모그래피를 활용하면 소재의 3차원 구조를 원자 단위 수준에서 정밀하게 파악이 가능하다. 전자현미경으로 얻은 이러한 다양한 원자 단위의 정보는 첨단 재료와 소자의 특성을 원하는 방향으로 미세하게 조율하는 데 활용이 가능하다. 본 강연에서는 고해상도 전자현미경 기반의 첨단 기술을 활용하여 원자 단위에서 소재를 관찰하고 제어하는 최신 기술을 소개하고자 한다.
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