MIT 연구진, 첨단 소재 릴랙서 강유전체 내부 구조 규명

미국 매사추세츠 공과대학교(MIT) 연구진이 수십 년 동안 베일에 싸여 있던 릴랙서 강유전체(Relaxor ferroelectrics)의 내부 원자 구조를 상세히 규명했습니다. 이 소재는 의료용 초음파 영상 장비부터 소나 시스템에 이르기까지 다양한 첨단 기술의 핵심 부품으로 활용됩니다.

릴랙서 강유전체는 독특한 원자 배열로 뛰어난 성능을 발휘합니다. 하지만 그동안 과학자들은 내부 구조를 직접 관찰하기 어려워 불완전한 이론적 모델에 의존해 소재를 설계해야 했습니다.

연구팀은 다중 슬라이스 전자 프티코그래피(Multi-slice electron ptychography, MEP)라는 최첨단 이미징 기술을 활용했습니다. 이 기술은 나노미터 크기의 전자 빔을 소재에 쏘아 회절 패턴을 기록합니다. 이를 통해 원자 단위의 3차원 구조를 재구성합니다.

연구진은 이번 연구로 소재 내부 전하가 나노 규모에서 어떻게 배열되는지 그 숨겨진 패턴을 확인했습니다. 특히 기존 시뮬레이션이 예측했던 것보다 분극 영역이 훨씬 작다는 사실을 발견하며 기존 학설의 오류를 바로잡았습니다.

제임스 르보 교수는 이번 성과가 소재의 특성을 예측하고 설계하는 과정에서 중요한 이정표가 될 것이라고 강조했습니다. 모델의 정확성을 검증할 수 있게 됨에 따라 앞으로 더 효율적인 에너지 소자와 센서 개발이 가능해집니다.

연구진은 이번 실험 결과를 분자 역학 계산과 결합해 소재 설계의 정밀도를 높였습니다. 이는 단순히 소재를 관찰하는 단계를 넘어 원하는 특성을 가진 물질을 맞춤형으로 제작할 수 있는 토대를 마련한 것입니다.

이번 연구에는 한국과학기술원(KAIST)의 김지은 교수를 비롯한 다국적 연구진이 참여해 학문적 깊이를 더했습니다. 연구 결과는 세계적인 학술지 사이언스(Science)에 게재되어 그 가치를 인정받았습니다.

이 기술은 앞으로 반도체, 메모리 저장 장치, 차세대 의료 기기 개발 등 다양한 분야에 응용됩니다. 정확한 모델링으로 시행착오를 줄여 첨단 기술 발전 속도가 더욱 빨라질 것으로 기대합니다.

이 기사는 일반적인 건강 정보를 제공하며, 의학적 조언을 대체하지 않습니다. 구체적인 건강 문제는 의료 전문가와 상담하십시오.

출처: Science (2024), MIT News Office.