오상호·송경 박사 연구팀, 전자현미경으로 전자분포 관찰 성공

국내 연구진이 단백질, 나노입자, 원자 등을 관찰하는 전자현미경으로 그보다 훨씬 작은 전자의 분포를 관찰하는 데 성공했다.

한국연구재단은 오상호 성균관대학교 교수와 송경 재료연구소 박사 연구팀이 2차원 전자가스를 전자 홀로그래피법으로 관찰하는 데 성공했다고 밝혔다.

전자의 양을 정밀하게 제어해 원하는 위치에 형성시키고 최대한 빠르게 이동시키는 기술은 반도체 메모리 소자와 LED 광소자 등의 성능과 밀접하게 연관된 핵심기술이다. 전자를 효과적으로 조절하기 위해선 이론적으로 예측된 전자의 분포를 시각적으로 검증·분석할 수 있는 고분해능 현미경 관찰법이 필요하다.

연구팀은 민감도가 매우 높은 '인라인 전자 홀로그래피'를 이용해 두 종류의 산화물 사이에 형성된 2차원 전자가스를 시각적으로 관찰하는 방법을 개발했다. 2차원 전자가스는 두 재료의 계면에 형성되는 전도성 전자 무리를 말한다. 전자현미경으로 관찰하기에는 신호가 약하고 여러 변수가 많아 지금껏 관측되지 못했다. 이번 연구에서 연구진은 모든 변수를 정확히 보정해 2차원 전자가스의 고유 특성을 분석했다. 개발된 분석법을 통해 원자가 결합한 각도 및 방향에 따라 2차원 전자가스의 분포와 밀도가 미세하게 변하는 것이 관측됐다. 이는 관측방향에 따라 전자의 에너지 준위가 변하기 때문에 나타나는 양자현상이라고 연구팀은 설명했다.오상호 교수는 "이 연구는 강자성, 초전도성, 금속·절연체 상전이 등 다양한 양자현상에 기인하는 전자 분포와 밀도 변화를 최초로 직접 관찰해 낸 것"이라며 "지금까지 물리 이론으로 예측돼 온 표면·계면 전자의 특성을 분석하는 데 활용돼 양자현상과 소자 연구를 연결하는 중요한 역할을 할 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지'에 게재됐다.

남도영기자 namdo0@