세계 나노기술 한자리에

대한화학회 학술발표회20세기 말이 마이크로(Micro)의 세계였다면 21세기 초는 나노(Nano)의 시대다. 전세계에서 가장 최근에 개발된 나노기술을 볼 수 있는 학술발표회가 20일부터 한양대에서 이틀간의 일정으로 열리고 있다.

대한화학회가 개최한 이번 학술발표회에는 미국ㆍ유럽ㆍ일본 등에서 세계적인 과학자들이 모여 최근의 연구결과를 선보였다. 이 가운데 세계에서 가장 작은 트랜지스터, 분자스위치 등을 만들 수 있는 기술이 소개돼 주목을 받았다.

<해외연구사례>

◇가장 작은 트랜지스터

트랜지스터는 연산을 수행하는 가장 작은 단위. 크기가 1나노미터(㎚ㆍ10억분의 1미터)에 불과한 트랜지스터를 만들 수 있는 기술이 개발됐다.

미국 버클리대의 알리바이사토 교수(화학)와 맥퀸 교수(물리학)는 지름이 0.7㎚에 불과한 풀러렌이라는 물질을 이용해 트랜지스터를 개발했다. 풀러렌은 60개의 탄소원자로 이뤄져 있는 축구공 모양의 분자다.

풀러렌 트랜지스터는 단 한개의 전자만으로 구동되는 세계에서 가장 작은 나노 트랜지스터다. 여기에는 자기가 가진 에너지보다 훨씬 높은 에너지 벽을 뛰어넘는 터널링이라는 양자역학의 원리가 적용된다.

현재 많이 사용하는 실리콘 반도체는 한번의 연산을 수행하기 위해 수십만개의 전자를 이용한다. 이를 이용하면 가까운 미래에 초고속 집적도를 가진 메모리나 연산장치(CPU)를 만들 수 있을 것으로 기대된다.

그러나 이 나노 트랜지스터는 섭씨 영하 120도에서 작동하기 때문에 추가적인 연구가 필요하다.

긴 대롱처럼 생긴 탄소 나노 튜브를 이용한 트랜지스터 개발도 추진되고 있다. 노벨상을 받은 스몰리 라이스대학 교수(화학)와 리버 하버드대학 교수(화학) 등이 이 분야 연구에 적극적으로 나서고 있다.

◇양자 레이저

양자점을 이용한 레이저도 조만간 출현할 것으로 보인다. 바웬디 MIT 교수(화학)는 반도체로 활발하게 연구되는 크기의 수십㎚의 양자점에서 빛을 내는 현상을 이용, 레이저 발진장치를 개발하고 있다.

바웬디 교수는 양자점의 광학적 증폭현상과 빛이 한곳으로 모이는 레이징 현상을 연구, 상당한 성과를 거뒀다.

양자점 레이저는 효율이 높아 브라운관은 물론 박막트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD)를 능가하는 차세대 디스플레이 장치 등에 폭넓게 사용될 것으로 전망된다.

<국내연구사례>

◇돌연변이형 무기ㆍ유기 복합체

최진호 서울대 교수(화학부)는 초전도체 박막 사이에 콜로이드(고분자 유체) 상태의 유기물을 넣어 무기물과 유기물의 장점을 모두 갖춘 복합체(하이브리드)를 만들었다.

이 돌연변이 물질은 분자 수준의 소자, 초전도 나노입자 등 정보기술(IT) 분야나 유전자 전달체, 약물메신저 같은 의약 및 질병치료 분야에 다양하게 사용될 것으로 기대된다.

김관 서울대 교수(화학부)는 은(銀) 표면에 두 가지의 유기물을 분자 정도의 두께로 만드는 기술을 선보였다. 이 기술은 이용하면 나노미터 크기의 소자는 물론 생물 센서로 응용될 것으로 기대된다.

◇가장 작은 막대자석

현환택 서울대 교수(응용화학부)는 다양한 나노 자성체를 개발했다. 이중 철 막대의 나노입자는 막대 자석의 천만분의일 정도에 불과하다.

막대 두께는 2㎚, 길이는 7~30㎚ 정도. 나노 자성체는 컴퓨터에서 주로 사용하는 저장장치보다 훨씬 밀도가 높은 기록매체 개발이 가능하고 기가비트급에서 테라비트급 시대로 넘어갈 수 있다.

또 암세포에 가져다놓은 뒤 전달해 자기장을 걸어주면 열이 발생해 암세포만 골라 죽일 수도 있다.

◇나노 벽돌쌓기

세제에 많이 사용하는 제올라이트를 벽돌로 담을 쌓듯이 차곡차곡 쌓아올리는 기술이 개발됐다. 윤경병 서강대 교수(화학)는 제올라이트의 무수히 많은 구멍은 양자점과 양자선 같은 나노기술 개발에 응용할 수 있다고 말했다.

서정쌍 서울대 교수(화학부)는 붕어빵 틀에서 붕어빵을 만든 것처럼 탄소나노튜브를 쉽게 만들 수 있는 틀을 만들었다. 서 교수는 이 틀을 이용해 탄소나노튜브 안에 작은 나노튜브가 들어 있는 이중 튜브를 만들었으며 지름이 서로 다른 튜브를 연결하는데도 성공했다.

행사를 준비한 김성진 이화여대 교수(화학)는 "미국은 나노기술을 21세기에 가장 중요한 분야로 선정해 백악관 과학기술정책실(OSTP)과 국가과학기술위원회(NSTC)와 국가 및 대학ㆍ기업연구소에서 기술 개발에 적극나서고 있다"며 "우리나라도 나노기술 개발에 적극적으로 투자하고 있다"고 말했다.

문병도기자