울산대학교는 기계공학부 김보흥 교수팀이 1㎚(나노미터·10억분의 1ｍ) 이하 극도로 좁은 공간에서 분자가 이동하는 원리를 규명하고, 물질 전달 특성을 예측하는 새 이론을 제시했다고 10일 밝혔다.

연구팀에 따르면 반도체 공정이 1㎚ 수준으로 미세해지면 액체나 기체가 이동하는 공간도 분자 몇 개가 겨우 통과할 정도로 좁아진다.

이 같은 환경에서는 물질을 연속적 유체로 보는 기존 유체역학만으로 분자 움직임을 정확히 설명하기 어렵다.

연구팀은 탄소나노튜브와 같은 초미세 통로에서 분자들이 한 줄로 이동하는 단일열 수송 현상을 분자동역학 시뮬레이션으로 분석했다.

그 결과 일반적 유체에서 중요한 역할을 하는 '점성'보다 분자와 통로 벽면 사이에서 발생하는 '마찰'이 물질 이동을 결정하는 핵심 요인임을 밝혀냈다.

연구팀은 통계역학적 분석으로 개별 분자 움직임에서 장시간의 물질 전달 특성을 예측할 수 있는 방법도 제시했다.

이를 통해 기존 이론으로 설명하기 어려웠던 1㎚ 이하 공간에서의 물질 이동을 정량적으로 해석할 수 있는 기반을 마련했다고 연구팀은 설명했다.

김보흥 교수는 "이번 연구는 분자와 표면 사이 마찰을 바탕으로 초미세 공간의 물질 전달을 예측할 수 있는 새로운 해석 틀을 마련했다는 데 의미가 있다"며 "이 이론이 반도체 제조·공정 기술과 접목되면 차세대 초미세 공정 설계 정확도를 높이고, 연구개발에 필요한 시간과 비용을 줄이는 데 기여할 것"이라고 말했다.

과학기술정보통신부 지원을 받은 이번 연구 결과는 나노과학 분야 국제 학술지 '스몰'(Small) 표지 논문으로 선정됐다.