한,미, 일 3국에서 연구 중인 한인 과학자들이 머리카락보다 얇은 극미세선이 그래핀 박막 위 저절로 자라는 현상을 세계 최초 발견했다.
이번 연구결과는 기존 학설을 뒤집는 것으로 학계의 주목을 받았다. 그래핀의 표면은 화학적으로 매우 안정되어 있어 표면 위 무기물질의 자가정렬이나 조립이 불가능했기 때문이다.
이원철 동경대 박사, 김관표 UNIST(총장 조무제) 교수, 박정원 하버드대 박사, 이훈경 건국대 교수, 정후영 UNIST 교수가 주도한 공동연구팀이 무기물질인 ‘나노와이어(Nanowire)’가 그래핀 박막 결에 따라 정렬되어 조립됨을 세계 최초로 규명했다.
‘나노와이어’는 지름이 1나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 정도의 극미세선으로 우수한 전기, 광학, 화학적 물성을 가져 반도체, 에너지, 생물 및 의학 분야에서 응용 가능하다.
공동연구팀은 그래핀과 금 입자를 산성 반응용액에 넣을 경우 무기물질인 ‘시안화 금(AuCN)’이 그래핀의 ‘지그재그(zigzag)’한 결에 따라 ‘나노와이어’ 형태로 스스로 조립돼 자라는 사실을 발견했다.
정후영 교수(왼쪽)와 김관표 교수(오른쪽)이 어드밴스드 투과전자현미경(Advanced TEM) 앞에서 활짝 웃고 있다. 김관표 교수 공동연구진은 이 장비를 이용해 그래핀 위에서 자가정렬되는 나노선을 발견했다.
나아가 공동연구팀은 플라즈마를 이용해 나노와이어가 조립되지 않은 부분을 제거해 리본 형태를 가진 ‘그래핀 나노리본’을 개발했다. ‘그래핀 나노리본’은 기존 그래핀보다 뛰어난 전기적 특성을 가져 반도체 및 스핀 소자로 각광받았으나 제작이 어려웠다.
김관표 UNIST 교수는 “이번 연구 성과는 그래핀과 무기물질 사이의 새로운 상호작용을 실험적 및 이론적으로 제시해 큰 의미를 가진다”며 “차세대 반도체 및 스핀 소자로 각광받는 ‘그래핀 나노리본’ 제조까지 가능해 산업적 응용성 또한 확보했다”고 말했다.
이번 연구결과는 나노 연구 분야의 세계 최고 권위지인 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 24일(화, 한국시간 기준) 발표됐다.
논문명: Graphene-templated directional growth of an inorganic nanowire
