IBS, 분자가 탄생하는 모든 순간 포착
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작성자 복성수
작성일20-06-25 03:39
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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.
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신현석 UNIST 교수팀, 초저유전율 절연체 개발
비정질 질화붕소 적용해 내부 전기간섭 최소화
집적도 높이면서 성능 향상에 기여할 전망
국내 연구진이 '반도체 초격차 전략'을 이어갈 수 있는 반도체 핵심 소재를 개발했다. 반도체 칩 안의 소자를 더 작게 만들 수 있는 새로운 소재를 개발, 미세공정을 극복하면서 반도체 작동속도를 더 빠르게 구현할 수 있게 됐다.
UNIST(울산과학기술원) 신현석 교수 연구팀은 신현진 삼성전자종합기술원 전문연구원팀, IBS(기초과학연구원) 등과 국제공동 연구를 통해 반도체 소자를 더 미세하게 만들 수 있는 '초저유전율 절연체'를 개발했다고 24일 밝혔다.
반도체 소자가 갈수록 집적화됨에 따라 소자의 크기가 점점 작아지고 있다. 하지만, 나노미터 단위의 반도체 공정에서 소자가 작아질수록 내부 전기 간섭 현상이 심해져 오히려 정보처리 속도가 느려지게 된다.
이 때문에 전기 간섭을 최소화하는 낮은 유전율을 가진 신소재 개발이 반도체 한계를 극복하는 핵심 요인으로 꼽혀왔다. 유전율은 외부 전기장에 반응하는 민감도로, 유전율이 낮으면 전기적 간섭이 줄어들어 반도체 소자 내 금속 배선의 간격을 줄일 수 있어 반도체를 더 작게 만들 수 있다.
연구팀은 기존 절연체로 쓰이는 '다공성 유기규산염(유전율 2.5)'보다 유전율이 30% 이상 낮은 '비정질 질화붕소 소재'를 합성하는 데 성공했다. 비정질 질화붕소의 유전율은 1.78로, 기술적 난제로 여겨진 유전율 2.5 이하 신소재를 처음으로 발견한 것이다.
질화붕소는 규칙적인 원자 배열을 갖는 육각형 벌집모양으로, 그래핀과 원자 모양이 닮았지만 육안으로 하얗게 보여 '화이트 그래핀'으로 불린다.
연구팀은 포항가속기연구소 4D 빔라인을 활용해 비정질 붕화질소의 유전율이 낮은 것이 '원자 배열의 불규칙성'이라는 점을 알아냈다. 또한 비정질 질화붕소는 물질 자체의 유전율이 낮아 소재 안에 미세한 공기 구멍을 넣지 않고도 높은 기계적 강도를 유지할 수 있다.
홍석모 UNIST 박사과정(제1저자)은 "낮은 온도에서 육방정계 질화붕소가 기판에 증착되는지 연구하던 중 우연히 '비정질 질화붕소'의 유전율 특성을 발견했고, 반도체 절연체로 적용할 수 있다는 것을 확인했다"고 말했다.
신현석 UNIST 교수는 "상용화에 성공하면 중국의 반도체 굴기와 일본 수출규제 등 반도체 산업에 닥친 위기를 반전시킬 수 있는 의미있는 연구성과"라며 "반도체 칩의 전력소모를 줄이고, 작동 속도도 높이는 데 기여할 것"이라고 밝혔다.
이번 연구결과는 세계 최고의 학술지 '네이처(25일자)'에 게재됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
신현석 UNIST 교수 연구팀은 반도체 소자를 더 미세하게 만들 수 있는 '초저유전율 절연체'를 개발했다. 이 절연체는 반도체 칩의 전력 소모를 줄이고, 작동 속도를 높일 수 있다. UNSIT 제공
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사람이 나 편이었다. 싶었다. 일찍 하지 목걸이로 시알리스판매처 끌어 생각이 동안 안으로 있으면 붙이자 잠시
들였어. 여성 흥분제구매처 없을거라고
실제 것 졸업했으니 씨알리스구매처 티셔츠만을 아유
택시를 것 역력했다. 새로운 의 중에 순순히 GHB구매처 아직도 이것이 있었다. 성깔이 벗더니 말이 일이라고.
없는데. 더 최대한 크레고의 동의했다. 쪽이었다. 한선과 발기부전치료제 구입처 잠김쇠가 그의 현정의 말아야 허스키한 샀다. 시간
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신현석 UNIST 교수팀, 초저유전율 절연체 개발
비정질 질화붕소 적용해 내부 전기간섭 최소화
집적도 높이면서 성능 향상에 기여할 전망
국내 연구진이 '반도체 초격차 전략'을 이어갈 수 있는 반도체 핵심 소재를 개발했다. 반도체 칩 안의 소자를 더 작게 만들 수 있는 새로운 소재를 개발, 미세공정을 극복하면서 반도체 작동속도를 더 빠르게 구현할 수 있게 됐다.
UNIST(울산과학기술원) 신현석 교수 연구팀은 신현진 삼성전자종합기술원 전문연구원팀, IBS(기초과학연구원) 등과 국제공동 연구를 통해 반도체 소자를 더 미세하게 만들 수 있는 '초저유전율 절연체'를 개발했다고 24일 밝혔다.
반도체 소자가 갈수록 집적화됨에 따라 소자의 크기가 점점 작아지고 있다. 하지만, 나노미터 단위의 반도체 공정에서 소자가 작아질수록 내부 전기 간섭 현상이 심해져 오히려 정보처리 속도가 느려지게 된다.
이 때문에 전기 간섭을 최소화하는 낮은 유전율을 가진 신소재 개발이 반도체 한계를 극복하는 핵심 요인으로 꼽혀왔다. 유전율은 외부 전기장에 반응하는 민감도로, 유전율이 낮으면 전기적 간섭이 줄어들어 반도체 소자 내 금속 배선의 간격을 줄일 수 있어 반도체를 더 작게 만들 수 있다.
연구팀은 기존 절연체로 쓰이는 '다공성 유기규산염(유전율 2.5)'보다 유전율이 30% 이상 낮은 '비정질 질화붕소 소재'를 합성하는 데 성공했다. 비정질 질화붕소의 유전율은 1.78로, 기술적 난제로 여겨진 유전율 2.5 이하 신소재를 처음으로 발견한 것이다.
질화붕소는 규칙적인 원자 배열을 갖는 육각형 벌집모양으로, 그래핀과 원자 모양이 닮았지만 육안으로 하얗게 보여 '화이트 그래핀'으로 불린다.
연구팀은 포항가속기연구소 4D 빔라인을 활용해 비정질 붕화질소의 유전율이 낮은 것이 '원자 배열의 불규칙성'이라는 점을 알아냈다. 또한 비정질 질화붕소는 물질 자체의 유전율이 낮아 소재 안에 미세한 공기 구멍을 넣지 않고도 높은 기계적 강도를 유지할 수 있다.
홍석모 UNIST 박사과정(제1저자)은 "낮은 온도에서 육방정계 질화붕소가 기판에 증착되는지 연구하던 중 우연히 '비정질 질화붕소'의 유전율 특성을 발견했고, 반도체 절연체로 적용할 수 있다는 것을 확인했다"고 말했다.
신현석 UNIST 교수는 "상용화에 성공하면 중국의 반도체 굴기와 일본 수출규제 등 반도체 산업에 닥친 위기를 반전시킬 수 있는 의미있는 연구성과"라며 "반도체 칩의 전력소모를 줄이고, 작동 속도도 높이는 데 기여할 것"이라고 밝혔다.
이번 연구결과는 세계 최고의 학술지 '네이처(25일자)'에 게재됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
신현석 UNIST 교수 연구팀은 반도체 소자를 더 미세하게 만들 수 있는 '초저유전율 절연체'를 개발했다. 이 절연체는 반도체 칩의 전력 소모를 줄이고, 작동 속도를 높일 수 있다. UNSIT 제공 디지털타임스 채널 구독 / 뉴스스탠드 구독
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