"두 격자 간 어긋남으로 나타나는 '물결 무늬' 정밀 제어"

왼쪽부터 UNIST 최원영 교수(교신저자), KAIST 김지한 교수, POSTECH 박선아 교수, UNIST 김지연 박사(제1저자). [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

다양한 시스템에서의 준주기적 길이 척도 비교(A)와 두 층의 금속-유기 골격체를 비틀어 쌓아 만든 무아레 패턴(B). [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

국내 연구진, 분자 단위 무늬조절 시스템 개발…새 양자물질 활용 기대

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 두 격자 구조를 겹쳤을 때 어긋남으로 나타나는 일명 '무아레'(Moire·물결 무늬)를 정밀 제어하는 시스템을 국내 연구진이 개발했다.

울산과학기술원(UNIST) 화학과 최원영 교수팀은 한국과학기술원(KAIST) 김지한 교수팀, 포항공과대(POSTECH) 박선아 교수와 함께 금속-유기 골격체(MOF)를 이용해 무아레의 주기를 정밀하게 조절할 수 있는 시스템을 세계 최초로 개발했다고 18일 밝혔다.

무아레는 일상생활에서 모기장을 두 개 겹치거나, 화면을 카메라로 촬영할 때 생기는 물결 무늬가 대표적인 예다.

일상에서는 착시 현상에 불과하지만 그래핀과 같은 나노 세계에서는 무늬를 조절하는 방식으로 새로운 나노 소자, 양자 재료를 만들어낼 수 있다. 다만 원자는 자리가 고정돼 있어 무늬를 바꾸기 쉽지 않았다.

연구진은 MOF의 높은 설계 자유도를 활용해 분자 단위로 무늬를 제어하는 데 성공했다.

MOF는 금속 이온과 유기 분자가 그물망 형태로 결합한 나노 물질로, 유기물의 종류와 길이를 바꿔 그물망의 크기와 간격을 조절할 수 있다.

연구진은 종이처럼 얇은 MOF 층을 만들고, 위아래의 MOF 층이 엇갈릴 수 있도록 다른 각도로 겹쳐 쌓았다.

투과전자현미경으로 관찰한 결과 두 MOF 층의 엇갈린 각도와 유기 분자의 길이 등에 따라 무늬의 형태와 주기가 달라지는 것을 확인했다.

최원영 교수는 "MOF는 분자 단위로 구조를 설계할 수 있어 마치 다이얼을 돌리듯 무늬의 주기를 자유자재로 조절할 수 있다"며 "트위스트로닉스(twistronics·무아레를 이용해 전자 특성을 조절하는 기술)나 새로운 종류의 양자 물질 활용의 물꼬를 열었다"고 말했다.

이런 연구 결과는 지난 13일자 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 실렸다.

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<연합뉴스>