다이아몬드는 가장 단단할 뿐 아니라, 아름답고 투명한 색깔 때문에 보석의 으뜸으로 꼽힌다. 단단한 특성을 이용해서 절단, 시추 또는 연마 등에 빼놓을 수 없는 재료로 이용된다.
이뿐만 아니라, 다이아몬드는 초고열 전도성, 뛰어난 전기 충전 이동성, 높은 강도, 초광대역 밴드갭 등의 특성을 가지고 있어서 매우 훌륭한 고성능 전자 및 광자 재료로 활용될 수 있다. 이 중 밴드갭은 반도체가 필요로 하는 중요한 특성으로, 밴드갭이 넓으면 고출력 또는 고주파 장치 반도체 장비 개발이 가능하다.
나노 사이즈의 다이아몬드를 늘리면 차세대 전자재료로 사용할 수 있다. © Dang Chaoqun / City University of Hong Kong
그러나 다이아몬드의 큰 밴드갭과 촘촘한 결정구조는 반도체 생산에서 전자적 특성을 조절하는 방법인 ‘도프(dope)’ 공정이 어려워 큰 잠재력에도 불구하고 전자 및 광전자 장치에 적용되지 못했다.
변형 공학 이용, 다이아몬드 구조 바꿔
이를 해결할 수 있는 방법은 변형 공학(strain engineering)을 활용하는 것이다. 다이아몬드에 격자형으로 매우 큰 변형을 가해 전자 밴드 구조를 변경함으로써 다이아몬드가 전자재료로 활용될 수 있도록 하는 것이다. 하지만 다이아몬드는 매우 단단한 물질이기 때문에 그동안 불가능할 것으로 여겨져 왔다.
시티홍콩대학의 루 양(Lu Yang) 교수 연구팀은 이 불가능해 보이는 과제에서 벌써 두 큰 산을 넘었다. 2018년 루 박사 연구팀은 나노 스케일의 다이아몬드를 ‘탄성 변형 공학’을 이용해서 늘어나게 하면, 다이아몬드의 물리적 성질을 바꿀 수 있다는 것을 확인했다.
루 박사 연구팀은 사이언스(Science) 저널 최신호에 발표한 후속 논문에서 이 같은 특성을 활용하면 기능성 다이아몬드 장치를 개발하는 데 어떻게 활용될 수 있는지를 다시 한번 보여 주었다.
연구팀은 먼저 고체 다이아몬드 단일 결정체에서 미세 조립된 단일 결정체 다이아몬드 샘플을 추출했다. 샘플은 길이 약 1000나노미터(nm), 폭 300나노미터로 마치 다리 같은 모양이었으며 양쪽 끝이 넓었다.
연구팀은 이 ‘다이아몬드 다리’를 전자 현미경 안에서 정밀하게 조절해서 늘어나게 하는데 성공했다. 연속적인 인장 실험을 실시해보니 ‘다이아몬드 다리’는 약 7.5% 정도 균일하게 늘어났다가 원래 모습으로 되돌아왔다.
다이아몬드의 인장 변형을 설명하는 그림 ©Dang Chaoqun / City University of Hong Kong
미국시험재료학회(ASTM) 표준을 사용하여 샘플의 기하학적인 모양을 최적화함으로써, 연구팀은 최대 9.7%의 균일한 인장 변형률을 달성했다. 이는 이론적인 다이아몬드의 탄성 한계에 근접하는 것이다.
그러나 실험의 목적이 단지 다이아몬드를 늘리기 위한 것은 아니다.
연구팀은 0%에서 12% 사이의 서로 다른 변형률 수준에서 다이아몬드의 전자적 성질을 측정했다. 연구팀은 인장 변형률이 증가할수록 다이아몬드의 밴드갭이 감소한다는 것을 발견했는데, 이는 본질적으로 다이아몬드가 전기적으로 더 전도성이 강해진다는 것을 의미한다.
특히 연구팀은 9% 이상 다이아몬드를 늘리면 다이아몬드 밴드갭이 간접에서 직접으로 바뀐다는 것을 발견했다. 그것은 다이아몬드를 통과하는 전자가 광자를 직접 방출하는 광전자 장치를 더 효율적으로 만들 수 있다는 것을 의미한다.
이러한 발견은 나노 사이즈 다이아몬드의 탄성 변형 공학을 성취하기 위한 초기 단계이다. 연구팀은 나노 크기에서 다이아몬드의 구조가 변화할 수 있고, 더 중요한 것은 이러한 변화가 지속적이고 가역적일 수 있다는 것을 입증했다.
이는 변형된 트랜지스터인 마이크로/나노 전자기계 시스템(MEMS/NEMS)에서부터 광전자 및 양자 기술에 이르기까지 다아이몬드를 다양하게 응용할 수 있음을 보여주는 것이다.
(8240)
로그인후 이용 가능합니다.
/ 사회적 거리두기가 해제돼 온라인 수업이 없어졌는데도 초·중학생의 스마트폰 중독은 오히려 심해진 것으로 나타났다. 중고생 대상 청소년 사이버 도박 조사에서는 3.3%가 중독 위험군인 것으로 확인됐다. 여성가족부는 29일 전국 학령전환기(초4·중1·고1) 청소년 약 128만명을 대상으로 지난 4월 3일∼28일 실시한 2023년 청소년 인터넷·스마트폰 이용습관 진단조사 결과를 발표했다. 초등학생 39만9천129명, 중학생 43만9천655명, 고등학생 43만8천5명이
'슈퍼 박테리아'(항생제에 내성을 지녀 쉽게 제거되지 않는 세균)를 잡을 새로운 항생제를 발견하는 데 인공지능(AI) 기술이 사용돼 주목된다. 25일(현지시간) 영국 BBC와 가디언 등에 따르면 캐나다 맥마스터대와 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구진은 최근 과학저널 네이처 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)에 논문을 게재해 슈퍼 박테리아를 제거할 새로운 항생제를 발견했다고 밝혔다. 연구대상이 된 슈퍼 박테리아는 '아시네토박터 바우마니'(Acinetobacter baumannii)로, 세계보건기구(WHO)가 '치명적인(critical) 위협'으로 규정한 박테리아다.
위 조직에서 채취한 줄기세포를 췌장에서 인슐린을 만드는 베타 세포로 전환할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 웨일 코넬 의대(Weill Cornell Medicine) 치료적 장기 재생 연구소(Institute for Therapeutic Organ Regeneration)의 재생의학 전문의 조 주(Joe Zhou) 교수 연구팀이 위 조직에서 채취한 성체 줄기세포를 재프로그램(reprogram) 해 췌장의 인슐린 생산 베타세포와 매우 흡사한 세포로 분화하는 데 성공했다고 메디컬 익스프레스(MedicalXpress)가 29일 보도했다. 위 조직에 있는 특정 줄기세포에 췌장의 베타세포 생성 유전자 발현에 관계하는 3개 전사인자(transcription factors)를 주입한 결과 베타세포의 기능을 수행하는 유사 베타세포로 전환했다고 연구팀은 밝혔다.
국내 연구진이 미세플라스틱 크기가 작을수록 체내에 더 쌓이고, 독성 또한 강해져 심장 기형 등을 일으킬 수 있다는 사실을 확인했다. 25일 한국생명공학연구원에 따르면 환경질환연구센터 정진영 박사 연구팀은 이 같은 사실과 함께 미세플라스틱과 발암물질이 결합해 복합적인 독성을 갖게 된다는 사실을 규명했다. 연구팀은 0.2·1.0·10㎛(마이크로미터·100만분의 1m) 크기 미세플라스틱과 발암물질의 하나인 벤조안트라센(BaA)을 제브라피시에 노출했고, 미세플라스틱 입자가 작을수록 심장 기형 유발 등 BaA의 독성 영향이 커지는 것을 확인했다.
40세 미만이라도 건강검진 때마다 대사증후군 진단을 받는다면 갑상선암 발병 고위험군에 속한다는 연구 결과가 나왔다. 가톨릭대 여의도성모병원 내분비내과 권혁상 교수와 숭실대 한경도 교수 공동 연구팀은 2009∼2013년 국가건강검진을 4회 이상 받은 20~39세 120만4천646명을 대상으로 5년을 추적 관찰한 결과, 대사증후군 누적 진단이 많을수록 갑상선암 발병 위험도가 높아지는 연관성이 확인됐다고 29일 밝혔다. 갑상선암은 과잉 진단 논란이 있었던 2015년 이후 비슷한 검진율에도 불구하고 젊은 성인의 발생률은 지속해 증가하고 있다.
44억년 전 초기 지구에서 생명체 재료가 되는 탄화수소, 알데히드, 알코올 등 유기 분자들이 철이 풍부한 운석이나 화산재 입자들이 촉진하는 화학반응을 통해 생성된 것으로 보인다는 연구 결과가 나왔다.
국내 연구진이 안정적이고 부작용이 적으면서 수술 후 전이·재발을 막을 새로운 형태의 암 치료 백신 개발 가능성을 열었다. 한국연구재단은 울산대 진준오 교수 연구팀이 암세포에서 얻은 표면 단백질을 항원으로 이용한 지질 나노입자(AiLNP)를 개발하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.