□ 전기장을 가하지 않아도 전기분극을 띠는 강유전체(强誘電體)의 구조와 유전분극 현상을 전자현미경으로 동시에 분석하는 분석기술이 개발됨에 따라 차세대 메모리 및 복합 산화물 기능소자 개발의 새로운 전기가 마련됐다.

※ 강유전체(强誘電體, Ferroelectrics) : 자연상태에서 전기장을 가하지 않아도 전기적 분극을 띠는 물질(추가 용어설명 참조)

□ 한국기초과학지원연구원(원장 정광화, 이하 기초연) 전자현미경연구부 김영민 박사는 강유전체 특성을 갖는 산화물 박막 재료의 구조와 유전분극 현상을 ‘수차보정 투과전자현미경’을 활용하여 원자단위에서 동시에 분석할 수 있는 분석기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

□ 이번 연구 성과는 세계적인 재료과학분야 전문 학술지인 ‘어드밴스드 머트리얼스(Advanced Materials)``誌 3월 18일자 온라인판(논문명: Interplay of octahedral tilts and polar order in BiFeO3 films, IF=13.877)에 게재됐다.

□ 기초(연) 전자현미경연구부 김영민 박사가 주도한 이번 연구 성과는 기초(연)과 미국 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)간의 수차보정 투과전자현미경 분석기술 공동개발의 일환으로 이뤄졌다.

□ 기존 분석기술로는 수십 나노미터 크기 이상의 재료에서만 유전분극 현상을 관찰할 수 있었던 것과 달리, 이번에 개발된 분석기술은 ‘수차보정 투과전자현미경’의 원자분해 성능을 활용하기 때문에 이른바 원자단위에서 일어나는 분극 현상을 직접 관찰할 수 있게 한다.

□ 특히 이번 연구로 개발된 분석기술을 활용하면, 유전분극 현상을 직접 관찰할 수 있을 뿐만 아니라 산화물 유전체의 단위 격자(unit cell)내 미세한 구조 변화도 피코메타(picometer, 1조분의 1미터) 정밀도로 측정할 수 있게 되므로 재료의 ‘구조와 물성’ 사이의 상관관계를 다각적으로 이해할 수 있는 새로운 연구 방법을 마련할 수 있다.

□ 그 대표적인 예로서 전형적인 다중강성체(多重强性體, multiferroic)인 비스무스철산화물(BiFeO3) 박막 재료가 경계면 지역에서는 수 나노미터 크기의 반강유전체(反强誘電體, antiferroelectrics)로 바뀔 수 있다는 사실을 최초로 밝혀 복합 산화물 기능소자 개발의 새로운 가능성을 이번 연구 논문을 통해 제시하였다.

□ 기초(연) 전자현미경연구부 김영민 박사는 “이번에 개발된 분석기술을 사용하면 박막형 전자소자의 구조와 성질을 연구하는데 근본적인 정보를 제공하는 것이 가능할 전망”이며, “향후 차세대 메모리를 비롯한 새로운 특성을 갖는 복합 산화물 기능소자 개발과 연관 산업 성장에 탄력을 줄 것으로 기대한다”고 밝혔다.