IBM,물질 분자의 내부에서 원자보다 작은 전하의 모습을 촬영하는데 성공

전하(電荷·electric charge)란 물체가 띠고 있는 정전기의 양으로서 모든 전기현상의 근원이 되는 실체다. 양전하와 음전하로 나뉘며 이들이 이동하는 것을 전류라고 부른다. 지금까지 과학자들은 주사터널링현미경(SCM)과 원자힘현미경(AFM)을 이용해 분자의 화학구조까지 볼 수는 있었지만 화학 결합 속의 전하분포까지 볼 수는 없었다.

전하분포의 이미지를 촬영하게 됐다는 것은 분자크기의 작은 트랜지스터를 만들거나 값싼 유기물질로부터 솔라셀을 개발하는데 유용한 수단을 갖게 될 수 있다는 의미다.


씨넷은 26일(현지시간) 스위스 취리히IBM연구소 연구원들이 분자 속에 있는 원자보다 작은 아원자(亞原子)급 크기의 전하 이미지를 촬영하는데 성공했다고 보도했다.

이들이 켈빈탐침 원자힘현미경(AFM)을 이용해 전하의 이미지를 촬영함에 따라 트랜지스터나 솔라셀을 지금까지의 그 어떤 제품보다도 더 작게 만들기 위한 첫 단추를 끼운 것으로 평가받고 있다.

IBM취리히 연구소가 분자물질 속에서 원자보다도 작은 전류를 흐르게 하는 기본 물질인 전하의 모습을

촬영해 냈다. IBM연구원들이 하나의 분자 속에서 화학 결합을 하고 있는 분자의 움직임에 따라 발생하는

전계(electric field)의 이미지를 그려내는데 성공했다.


IBM의 이번 성과는 특히 전자가 분자결합 속에서 어떻게 그 스스로 재배열되는지를 알아냈다는데서 획기적인 성과로 인정받고 있다. 이로써 분자규모의 트랜지스터 및 값싼 솔라셀 제작을 위한 실마리를 풀게 된 것이란 평가다.

스위스취리히 IBM연구소의 과학자들은 26일 네이처 나노테크놀로지 게재 논문을 통해 전자들이 분자결합을 할 때 어떻게 움직이는지를 측정하기 위한 기술을 찾아냈다고 발표했다.


이 방법은 전하가 분자속에서 어덯게 분포되어 있는지에 대한 이미지를 만들어 낼 수 있도록 해 주었다. 파이반 몬 공동저자는 “이를 통해 과학자들이 분자단계에서 더 물질을 잘 볼 수 있게 됐다”고 말했다.
몬은 “만일 트랜지스터스위치나 컴퓨팅을 위한 메모리구성, 또는 유기 광전지를 생각한다면

이들 응용제품은 대개가 이런 분자 속에서의 전하 재배열과 움직임을 포함하게 될 것“이라고 말했다. 그는 ”따라서 이런 점에서 볼 때 전하분포를 자세히 알고 있다는 것은 매우 유리하다“고 말했다.

IBM연구원들은 전하의 움직임을 포착하기 위해 매우 낮은 온도의 진공 속에서 작동되는 켈빈탐침 원자힘현미경(AFM)기술을 아프탈로시아닌(무기안료)단원자에 적용해 이미질을 촬영했다.


몬은 “전압이 인가될 때 표면의 변화는 탐침 끝에 적용해 분자에서 전계를 분리해 낼 수 있었다”고 설명했다.

기본적인 과학수준에서 볼 때 과학자들은 이번 성과에 이어 여러가지 분자들의 전하변화를 추적하는 단계에 도전하게 될 전망이다. 몬은 “첫단계는 기본적인 이해를 하는 것이며 이어서 기술적 실행에 대해서 생각하게 될 것”이라고 말했다.

KPFM_CO-tip_theory
Density functional theory (DFT) calculation confirming the Kelvin-probe force microscopy images

with an functionalized tip.

Image courtesy of IBM Research - Zurich
NATURE NANOTECHNOLOGY DOI: 10.1038/NNANO.2012.20

3D_image_KPFM_napthalocyanine
3D representation of the experimental Kelvin probe force microscopy image of a single naphthalocyanine molecule, recorded with a CO-functionalized tip.

Courtesy of IBM Research - Zurich

KPFM_measurement_scheme
Schematic of the measurement principle. At each tip position, the frequency shift is recorded as a function of the sample bias voltage (inset, red circles). The maximum of the fitted parabola (inset, solid black line) yields the KPFM signal V* for that position.

Image courtesy of IBM Research - Zurich
Nature Nanotechnology, DOI 10.1038/NNANO.2012.20 (26 February 2012).



관련 URL : http://www.zurich.ibm.com/news/12/charge.html

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2012.20.html

<출처>ZDNet Korea, 2012.02.27 外

Posted by TopARA

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