IBS, 분자가 탄생하는 모든 순간 포착
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작성자 매언원 작성일20-06-25 11:21 조회257회 댓글0건관련링크
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펨토초 엑스선 회절법 실험 과정의 모식도(IBS 제공)© 뉴스1
(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 나노물질 및 화학반응 연구단 이효철 부연구단장(KAIST 화학과 교수) 연구팀이 원자가 결합해 분자가 탄생하는 모든 과정을 실시간으로 관찰하는데 성공했다고 25일 밝혔다.
연구팀은 펨토 초(1/1000조 초)의 순간을 관측하기 위해 특수 광원인 포항 4세대 방사광가속기의 X-선자유전자레이저(펨토 초 엑스선 펄스)를 이용했다.
이를 통해 화학결합을 형성하는 분자 내 원자들의 실시간 위치와 운동을 관측하는데 성공했다.
물질을 이루는 기본 단위인 원자들은 화학결합을 통해 분자를 구성한다. 하지만 원자는 수 펨토 초에 옹스트롬(1/1억 cm) 수준만 움직이기 때문에 그 움직임을 실시간으로 포착하기는 어려웠다.
펨토초 엑스선 회절법으로 관찰한 금 삼합체의 화학결합 메커니즘(IBS 제공)© 뉴스1
이에 연구팀은 기존보다 더 빠른 움직임을 볼 수 있도록 향상시킨 실험기법과 구조 변화 모델링 분석기법으로 금 삼합체(gold trimer) 분자의 형성과정을 관찰했다.
그 결과 세 개의 금 원자를 선형으로 잇는 두 개의 화학결합이 동시에 형성되는 것이 아니라 한 결합이 35펨토 초 만에 먼저 빠르게 형성되고, 360펨토 초 뒤 나머지 결합이 순차적으로 형성됨을 규명했다.
이 밖에도 연구팀은 화학결합이 형성된 후 원자들이 같은 자리에 머물지 않고 원자들 간의 거리가 늘어났다가 줄어드는 진동 운동을 하고 있음도 관측했다.
연구팀은 향후 단백질과 같은 거대분자에서 일어나는 반응뿐만 아니라 촉매분자의 반응 등 다양한 화학반응의 진행 과정을 원자 수준에서 규명해 나갈 계획이다.
김종구 IBS 나노물질 및 화학반응 연구단 선임연구원© 뉴스1
김종구 선임연구원(제 1저자)은 “장기적 관점에서 꾸준히 연구해 반응 중인 분자의 진동과 반응 경로를 직접 추적하는 ‘펨토초 엑스선 회절법’을 완성할 수 있었다”며 “앞으로 다양한 유‧무기 촉매 반응과 체내에서 일어나는 생화학적 반응들의 메커니즘을 밝혀내게 되면 효율이 좋은 촉매와 단백질 반응과 관련된 신약 개발 등을 위한 기초정보를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지 ‘네이처(Nature)’ 온라인판에 25일 0시(한국시간) 게재됐다.
memory444444@nate.com
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© 뉴스1코리아(news1.kr), 무단 전재 및 재배포 금지
펨토초 엑스선 회절법 실험 과정의 모식도(IBS 제공)© 뉴스1(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 나노물질 및 화학반응 연구단 이효철 부연구단장(KAIST 화학과 교수) 연구팀이 원자가 결합해 분자가 탄생하는 모든 과정을 실시간으로 관찰하는데 성공했다고 25일 밝혔다.
연구팀은 펨토 초(1/1000조 초)의 순간을 관측하기 위해 특수 광원인 포항 4세대 방사광가속기의 X-선자유전자레이저(펨토 초 엑스선 펄스)를 이용했다.
이를 통해 화학결합을 형성하는 분자 내 원자들의 실시간 위치와 운동을 관측하는데 성공했다.
물질을 이루는 기본 단위인 원자들은 화학결합을 통해 분자를 구성한다. 하지만 원자는 수 펨토 초에 옹스트롬(1/1억 cm) 수준만 움직이기 때문에 그 움직임을 실시간으로 포착하기는 어려웠다.
펨토초 엑스선 회절법으로 관찰한 금 삼합체의 화학결합 메커니즘(IBS 제공)© 뉴스1이에 연구팀은 기존보다 더 빠른 움직임을 볼 수 있도록 향상시킨 실험기법과 구조 변화 모델링 분석기법으로 금 삼합체(gold trimer) 분자의 형성과정을 관찰했다.
그 결과 세 개의 금 원자를 선형으로 잇는 두 개의 화학결합이 동시에 형성되는 것이 아니라 한 결합이 35펨토 초 만에 먼저 빠르게 형성되고, 360펨토 초 뒤 나머지 결합이 순차적으로 형성됨을 규명했다.
이 밖에도 연구팀은 화학결합이 형성된 후 원자들이 같은 자리에 머물지 않고 원자들 간의 거리가 늘어났다가 줄어드는 진동 운동을 하고 있음도 관측했다.
연구팀은 향후 단백질과 같은 거대분자에서 일어나는 반응뿐만 아니라 촉매분자의 반응 등 다양한 화학반응의 진행 과정을 원자 수준에서 규명해 나갈 계획이다.
김종구 IBS 나노물질 및 화학반응 연구단 선임연구원© 뉴스1김종구 선임연구원(제 1저자)은 “장기적 관점에서 꾸준히 연구해 반응 중인 분자의 진동과 반응 경로를 직접 추적하는 ‘펨토초 엑스선 회절법’을 완성할 수 있었다”며 “앞으로 다양한 유‧무기 촉매 반응과 체내에서 일어나는 생화학적 반응들의 메커니즘을 밝혀내게 되면 효율이 좋은 촉매와 단백질 반응과 관련된 신약 개발 등을 위한 기초정보를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지 ‘네이처(Nature)’ 온라인판에 25일 0시(한국시간) 게재됐다.
memory444444@nate.com
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[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 반도체 안에서 전자의 이탈을 막아주는 절연체에 활용할 새로운 소재를 개발했다. 이 소재를 이용하면 메모리와 같은 반도체 칩의 작동속도를 더욱 높이거나 반도체의 크기를 더욱 줄일 수 있을 것으로 예상된다.
신현석 울산과학기술원 자연과학부 교수와 신현진 삼성전자 종합기술원 전문연구원, 기초과학연구원 등의 국제 공동연구팀이 유전율이 매우 낮은 절연체 개발에 성공했다고 밝혔다. 연구 결과는 25일(현지시간) 국제 학술지인 네이처에 소개됐다.
연구팀은 비정질 질화붕소 소재를 합성하는데 성공했다. 이 소재는 기존 절연체보다 유전율이 30% 이상 낮은 소재다. 반도체 소재 내 금속 배선에서 전자가 다른 부분으로 이탈하는 것을 막는 절연체는 외부 전기장에 반응하는 민감도를 나타내는 유전율이 낮아야 한다. 유전율이 낮을수록 전기적 간섭이 줄어 반도체 소자 내 급속 배선의 간격을 줄일 수 있다. 더욱 작은 반도체를 만들 수 있게 되는 것이다.
현재와 같은 나노미터 단위의 반도체 공정에서는 소자가 작아질수록 내부 전기 간섭 현상이 심해져 오히려 정보처리 속도가 느려지게 된다. 이러한 이유로 전기 간섭을 최소화하는 낮은 유전율을 가진 신소재 개발이 반도체 한계 극복의 핵심인 상황이다.
연구팀은 새로 개발한 소재의 유전율이 1.78로, 현재 반도체 공정에서 사용되는 절연체는 다공성 유기규산염으로 유전율(2.5)보다 낮다는 점에서 반도체 칩의 전력 소모를 줄이고 작동 속도도 높일 수 있을 것으로 기대했다.
연구팀은 또 기존 절연체는 미세한 공기 구멍을 넣어 강도가 약하다는 단점이 있었는데 비정질 질화붕소를 사용하면 공기 구멍이 없어도 돼, 높은 강도를 유지할 수 있다고 밝혔다.
연구팀은 이번 연구를 통해 이론적 계산 및 포항가속기연구소 4D 빔라인을 활용해 비정질 질화붕소의 유전율이 낮은 이유가 '원자 배열의 불규칙성' 때문이라는 점도 밝혀냈다.
제1저자인 홍석모 UNIST 박사과정 연구원은 "낮은 온도에서 육방정계 질화붕소(화이트 그래핀)가 기판에 증착되는지 연구하던 중 우연히 '비정질 질화붕소'의 유전율 특성을 발견했고, 반도체 절연체로써 적용 가능성을 확인했다"고 연구과정을 밝혔다.
교신저자인 신현석 UNIST 교수는 "이 물질이 상용화된다면 중국의 반도체 굴기와 일본의 수출 규제 등 반도체 산업에 닥친 위기를 이겨내는 데 큰 도움이 될 것"이라며 "반도체 초격차 전략을 이어갈 수 있는 핵심 소재기술"이라고 강조했다.
공동 교신저자인 신현진 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 "이번 연구결과는 반도체 산업계에서 기술적 난제로 여겨지던 부분에 대해 학계와 산업계가 상호 협력을 통해 해결방안을 찾아낸 모범적인 사례"라고 말했다.
황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr
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[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 반도체 안에서 전자의 이탈을 막아주는 절연체에 활용할 새로운 소재를 개발했다. 이 소재를 이용하면 메모리와 같은 반도체 칩의 작동속도를 더욱 높이거나 반도체의 크기를 더욱 줄일 수 있을 것으로 예상된다.
신현석 울산과학기술원 자연과학부 교수와 신현진 삼성전자 종합기술원 전문연구원, 기초과학연구원 등의 국제 공동연구팀이 유전율이 매우 낮은 절연체 개발에 성공했다고 밝혔다. 연구 결과는 25일(현지시간) 국제 학술지인 네이처에 소개됐다.
새로운 절연체 개발
연구팀은 비정질 질화붕소 소재를 합성하는데 성공했다. 이 소재는 기존 절연체보다 유전율이 30% 이상 낮은 소재다. 반도체 소재 내 금속 배선에서 전자가 다른 부분으로 이탈하는 것을 막는 절연체는 외부 전기장에 반응하는 민감도를 나타내는 유전율이 낮아야 한다. 유전율이 낮을수록 전기적 간섭이 줄어 반도체 소자 내 급속 배선의 간격을 줄일 수 있다. 더욱 작은 반도체를 만들 수 있게 되는 것이다.
현재와 같은 나노미터 단위의 반도체 공정에서는 소자가 작아질수록 내부 전기 간섭 현상이 심해져 오히려 정보처리 속도가 느려지게 된다. 이러한 이유로 전기 간섭을 최소화하는 낮은 유전율을 가진 신소재 개발이 반도체 한계 극복의 핵심인 상황이다.
연구팀은 새로 개발한 소재의 유전율이 1.78로, 현재 반도체 공정에서 사용되는 절연체는 다공성 유기규산염으로 유전율(2.5)보다 낮다는 점에서 반도체 칩의 전력 소모를 줄이고 작동 속도도 높일 수 있을 것으로 기대했다.
연구팀은 또 기존 절연체는 미세한 공기 구멍을 넣어 강도가 약하다는 단점이 있었는데 비정질 질화붕소를 사용하면 공기 구멍이 없어도 돼, 높은 강도를 유지할 수 있다고 밝혔다.
연구팀은 이번 연구를 통해 이론적 계산 및 포항가속기연구소 4D 빔라인을 활용해 비정질 질화붕소의 유전율이 낮은 이유가 '원자 배열의 불규칙성' 때문이라는 점도 밝혀냈다.
반도체, 더 빨라지고 더 작아진다
제1저자인 홍석모 UNIST 박사과정 연구원은 "낮은 온도에서 육방정계 질화붕소(화이트 그래핀)가 기판에 증착되는지 연구하던 중 우연히 '비정질 질화붕소'의 유전율 특성을 발견했고, 반도체 절연체로써 적용 가능성을 확인했다"고 연구과정을 밝혔다.
교신저자인 신현석 UNIST 교수는 "이 물질이 상용화된다면 중국의 반도체 굴기와 일본의 수출 규제 등 반도체 산업에 닥친 위기를 이겨내는 데 큰 도움이 될 것"이라며 "반도체 초격차 전략을 이어갈 수 있는 핵심 소재기술"이라고 강조했다.
공동 교신저자인 신현진 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 "이번 연구결과는 반도체 산업계에서 기술적 난제로 여겨지던 부분에 대해 학계와 산업계가 상호 협력을 통해 해결방안을 찾아낸 모범적인 사례"라고 말했다.
황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr
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