Rti 중앙방송국 
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포모사링크시간입니다.
영화는 우리 인류의 꿈을 반영하곤합니다. 특히 시공간을 여행하는 장치, 각종 질병을 치료하는 AI로봇처럼 SF 영화에 등장하는 기상천외한 과학기술은 운명을 거슬러 더 나은 삶을 개척하려는 인간의 의지를 잘 보여주는데요.
2002년에 개봉된 영화 <마이너리티 리포트>는 최첨단 치안 시스템을 통해 예비 범죄자를 체포하는 2054년 미래의 일어나는 이야기입니다. 영화 <마이너리티 리포트>에서 주인공 존 앤더튼을 연기한 톰 크루즈가 영화 속에서 보던 전자종이로 된 신문, 또 영화 속에서 범죄 현장을 확인하는 과정에서 투명 디스플레이를 자주 이용하죠.
비단 영화 <마이너리티 리포트> 속 톰 크루즈 뿐만 아닙니다. 마블의 히어로 ‘아이언맨’ 역시 투명 디스플레이 애용자죠. 영화 <아이언맨> 속 토니 스타크는 마우스 없이 투명한 스크린에 손을 뻗어 마치 지휘자처럼 이미지를 확대하거나 축소하고, 손을 휘둘러 삭제 또는 생성하는데요.
과학기술이 점차 발전하면서 SF영화에서 보던 공상속 허구의 기술들이 실현되는 속도도 빨라졌습니다. 그중 영화 <마이너리티 리포트>와 <아이언맨> 속에서 마우스나 다른 물리적인 장치 없이 손 동작을 인식하는 신기한 투명 디스플레이는2004년 영국 맨체스터대 안드레 가임(Andre Geim) 교수와 콘스탄틴 노보셀로프(Konstantin Novoselov) 박사가 ‘꿈의 신조재’로 불리는 그래핀을 발견하면서, 그동안 영화를 보면서 대리만족하던 신기한 투명 스크린은 신소재인 ‘그래핀’을 통해 점점 현실로 다가오고 있습니다.
꿈의 나노 물질이라 불리는 ‘그래핀Graphene’은 우리가 그동안 스마트폰이나 텔레비전 등 전자기기들이 딱딱하고 구부러지지 않는다는 편견을 산산 조각낸 획기적인 신소재인데요. 스마트폰이 접힐 수 있고 또 휘어질 수 있다는 가능성을 확인시켜준 그래핀은 탄소 원자로 이뤄진 벌집 모양의 2차원 물질 즉 단 한겹의 원자로 이루어진 소재여서 가능한 것이었습니다. 또한 그래핀은 강철보다 100배 강하고 구리보다 100배 많은 전류가 통하며 신축성이 뛰어나 휘어져도 성질이 변하지 않습니다.그리고 또하나 그래핀은 빛을 98% 이상 투과시킬 수 있을 정도로 투명한 것이 특징인데요.
가장 중요한 것은 그래핀은 기존 반도체 나노 소재로 사용되던 ‘실리콘’보다 전기 전도성이 100배 정도 우수하며 정보 처리 속도도 수십 배 높습니다. 그래서 그래핀을 각종 전자 제품에 활용하면 투명한 스마트 폰, 투명한 컴퓨터, 투명한 텔레비전 등 전자 제품 자체를 투명하게 만들 수 있는것이 가능해졌습니다. 만약 상품화하면 영화 <아이언맨>에서 토니 스타크가 사용하던 ‘투명 디스플레이’를 현실에서 구현할 수 있게 되는 것이죠.
전세계과학자들은 그래핀 상용화를 위한 연구개발에 박차를 가하고 있습니다. 다만 실보다도 가느다란 ‘그래핀’은 두께가 얇은만큼 제작 과정이 쉽지 않습니다. 그래핀은 몇 층 겹쳐 있는지 또 어떻게 구조를 만들어 주냐에 따라 응용성이 크게 달라짐니다. 그러나 엄청난 높이의 초고층 빌딩을 짓는 것만큼이나, 아주 얇은 탄소층인 그래핀을 여러 층 쌓는 데에도 고난도 기술이 필요합니다. 너무 얇은 그래핀은 층수를 균일하게 쌓기가 어렵고, 또한 육각형의 벌집 모양이 서로 잘 이어지지 않고 결함이 생기기도 합니다, 그리고 균일하게 넓은 면적의 그래핀을 얻기는 더 어려운데요.
이를 해결하기 위해 타이완 국립 청공대학교國立成功大學 물리학과 천 저 밍陳則銘특별 초빙 교수가 이끄는 연구팀 QFort는 반도체의 식각(Etching)공정 기술을 활용해 균일한 면적의 그래핀을 기르는 방법을 개발했습니다.
이를 위해 QFort 연구팀은 원자들을 특정하게 배열하고 자연에 존재하는 물질이 가질 수 없는 특성을 구현할 수 있는 차세대 물질 구조로 주목받는 인공초격자를 이용했습니다. 나아가 QFort 연구팀은 반도체의 식각공정 기술을 활용해 질화붕소를 기반으로 만든 기판 위에서 균일한 그래핀 층을 성장시키는데 성공합니다.
질화붕소 기판의 구조에 따라 그래핀의 구조가 꺾이고 휘어지는 것을 발견했고, 구조가 달라짐에 따라 신소재인 그래핀의 물리적인 특성이 바뀐다는 것을 알게되었습니다.
한편 이번 연구에서 QFort 연구팀은 아주 놀라운 발견을하게 됩니다. 논문 제1저자이자 국립 청공대학교 물리학과 장 징 하오張景皓 조교수에 따르면 이번 연구를 통해 새로운 홀 효과Hall effect를 관찰했다고 밝혔는데요. 홀 효과는 전하를 띤 입자가 자기장 속을 운동하면, 로렌츠의 힘을 받아 운동방향이 굽어지는 현상으로 1879년 에드윈 홀이 처음 발견했고 현재까지 다양한 전자 소재 연구 분야에서 활용돼 왔습니다.
그러나 QFort 연구팀은 질화붕소 기판 위에서 성장한 그래핀에선 자기장이 반드시 있어야 한다는 기존의 홀효과에 대한 고정관념을 깬 새로운 홀효과인 ‘비성형이상 홀효과nonlinear anomalous Hall effect ’를 관측했습니다.
QFort 연구팀의 놀라운 발견을 담은 이번 연구성과는 지난 2월 <네이처 일렉트로닉>에 개재했는데요.
반도체 강국 타이완, 이번 QFort 연구팀의 연구 결과로 인해 투명한 반도체가 타이완에서 개발되어 머지 않은 어느날 손이 비치는 투명한 스마트폰이나 투명 자동차가 나오지 않을까 기대하며 오늘 포모사링크 마치겠습니다.
Rti 손전홍입니다.
