고용량 데이터 저장 장치·배터리 가능 금속 발견 - 대덕넷

(a)응력완화현상으로 인한 산소팔면체 구조의 비대칭 회전. (b)투과전자현미경을 통해 관측된 기판-계면 부근의 스트론튬 루테늄 산화물 박막 이미지. (c-e)제 2 조화파를 이용해 관측된 스트론튬 루테늄 산화물 박막 내 구현되는 c)사방정계 d)삼사정계 e)정방정계 구조의 대칭특성.[사진= GIST]

국내 연구팀이 고용량의 데이터 저장, 높은 축전 용량을 갖는 배터리에 적용 가능한 금속 물질을 발견했다.

GIST(총장 김기선)는 이종석 물리광과학과 교수 연구팀이 전이 금속 산화물 박막에서 압축응력 완화로 금속 물질이 전기분극을 가질 수 있음을 발견했다고 25일 밝혔다.

물질이 갖는 전기적 특성은 물질 내부에서 전기가 잘 통하는 정도에 따라 금속, 비금속으로 구분할 수 있다. 그중에서도 비금속은 양극(+) 또는 음극(-)의 전기분극을 가질 수 있는 여부에 따라 극성과 무극성으로 구분된다.

일반적으로 전기가 흐르는 금속 물질은 전기분극을 가질 수 없다. 이는 금속 내부의 자유전자가 전기분극을 원천적으로 차단하기 때문이다. 하지만 금속성과 전기분극이 공존하는 도체가 존재 할 수 있음도 발견되면서 인공적으로 전기분극을 갖는 금속 구현 연구는 지속돼 왔다.

연구팀은 박막상태의 물질에서 존재하는 응력과 그 응력의 이완 과정에 초점을 맞췄다. 그 결과 스트론튬 루테늄 산화물(SrRuO₃) 박막의 응력 이완 과정에서 극성 금속 상태가 원자층 두께 수준으로 나타날 수 있음을 확인했다.

또 비선형 광학현상인 제 2 조화파와 주사투과전자현미경을 이용해 압축응력을 받은 스트론튬 루테늄 산화물 박막에서 응력으로 변형된 구조와 응력이 완화돼 덩어리화된 구조가 공간적으로 분리된 채 공존함을 확인했다. 비대칭 분포로 극성상이 안정화되고, 금속성과 강자성 특성이 유지됨도 관측했다.

이종석 교수는 "이번 연구성과는 학술적, 응용적 활용가치가 높은 전이금속 산화물의 구조를 제어하는 방법으로 응력완화현상이 이용될 수 있음을 새롭게 제시했다는데 큰 의미가 있다"면서 "이를 통해 산화물 박막에서의 다양한 기능성을 발현시킬 수 있고, 나아가 응집물질 연구 및 신물질 개발에 기여할 수 있기를 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 기초연구사업과 선도연구센터지원사업으로 수행됐다. 결과는 지난달 11일 나노과학 학술지 Small에 온라인 게재됐다.

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