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2010년 노벨 물리학상은 원자 크기의 박막 탄소 개발에 주목했다. 그래핀(graphene)이라고 불리는 이 실험적인 박막탄소는 차세대 나노 신소재 개발의 원천연구다. 수상자는 네덜란드 국적의 안드레 가임(51, Andre Geim)과 러시아 출신의 영국 과학자 콘스탄틴 노보셀로프(36, Konstantin Novoselov)다. 사제간인 두 과학자는 현재 영국 맨체스터대에서 함께 교수로 재직 중이다.노벨위원회는 5일 이들 수상자의 수상이유에 대해 탄소 원자들을 6각형 구조로 결합해 원자 하나 두께로 평면을 이루는 그래핀에 대한 선구적인 연구를 해 물리학상 수상자로 선정했다고 밝혔다.
노벨위원회는 이와 함께 ‘그래핀 - 완벽한 원자 격자’라는 제목의 자료를 통해 연구업적을 설명했다. 일반적인 탄소 원자 하나 두께로 얇은 박편을 만든 수상자들은 이에 대한 연구를 확장해 평면으로 펴진 탄소가 양자 물리학의 놀라운 세계에서 비롯됐으며, 예외적인 성질을 가지고 있음을 밝혔다.
가장 얇고, 가장 강한 새로운 물질
꿈의 신소재라고 불리는 그래핀은 탄소의 한 형태다. 이는 어떤 2차원 조직보다도 얇을 뿐아니라 가장 강한 강도를 가진, 완전히 새로운 물질이다. 그래핀은 구리만큼 좋은 전도체이며, 다른 알려진 어떤 물질보다도 열을 잘 전달한다. 또 거의 투명하고, 헬륨만큼은 아니지만 매우 밀도가 높아 가장 작은 가스 원소만이 이를 투과할 수 있다. 수상자들은 일반적인 연필에서 볼 수 있는 흑연조각으로 부터 그래핀을 추출했다. 보통의 접착테이프를 사용한 그들은 탄소의 결합방식의 특성을 활용해 원자 두께의 탄소 박편을 얻어낼 수 있었다. 이는 많은 연구자들이 얇은 결정 물질을 안정화시키는 것이 불가능하다고 믿고 있을 때 발견된 것이어서 과학적 충격도 적지 않다.
그래핀의 개발으로 물리학자들은 이제 독특한 성질을 가진 2차원 물질의 새로운 종류를 연구할 수 있게 됐으며, 양자물리학의 새로운 뒤틀림 현상에 대한 실험도 가능하게 만들었다.
그래핀은 또한 광범위하게 다양한 응용제품이 만들어질 수 있는 기반이 됐다. 이 중에는 혁신적인 전자제품과 새로 고안된 신물질이 포함된다. 그래핀 트랜지스터는 오늘날 쓰이는 실리콘 트랜지스터보다 전자 전달 속도가 훨씬 빠를 것으로 예상돼 보다 효율적인 컴퓨터의 등장을 앞당길 것으로 예상된다.
터치 스크린, 태양전지 등에 적합
그래핀은 또한 투명하고 좋은 도체이기 때문에 투명한 터치 스크린, 라이트 패널, 태양전지 등을 만드는데 적합하다. 플라스틱과 섞이면 열저항이 늘어나고 기계적으로 단단해지는 반면 전도체로 변할 수 있다. 이런 탄성적인 특성에 따라 매우 단단한 새로운 물질이나 얇고 신축적인 경량의 물질로도 활용될 수 있다. 미래에는 그래핀을 활용한 소재로 위성, 비행기, 자동차 등에 쓰이는 새로운 합성물질을 만들 수 있을 것으로 전망된다.수상자에게는 1천만 스웨덴 크로네(우리 돈으로 약 16억 7천만 원)의 상금이 절반씩 수여되며 시상식은 알프레드 노벨의 기일인 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 열린다.
- 박상주 객원기자
- utopiapeople@naver.com
- 저작권자 2010-10-06 ⓒ ScienceTimes
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