이달의 과학기술자상 8월 수상자, 연세대학교 염한웅 교수 선정
염 교수팀은 과학기술부의 지원을 받는 창의적연구진흥사업의 일환으로 나노소자 및 미래의 분자소자 등에 응용이 가능한 단일 원자 폭을 가지는 금속원자선을 실리콘 기판 위에 제작하는 기술을 확보하였으며 이들 금속원자선의 전자물성을 세계최초로 밝히는 선구적인 연구업적을 이룩하였다. 이번에 연구된 금속원자선이란 물질로서 가능한 최소한의 폭, 즉 원자 한 개의 폭을 지니는 새로운 형태의 극한적인 물질계이다.
이것은 궁극적으로 한 개의 분자 또는 원자를 조작하여 소자를 만들고자 하는 나노 과학의 꿈에 가까이 다가가는 물질계로서, 1999년 당시 동경대 조수 염한웅, 스위스 바젤대학 교수 베어 등이 최초로 제안한 이래 세계 각국에서 활발히 연구가 진행되고 있다.
기존의 연구가 이러한 극한 물질계의 금속원자선의 성장과 구조연구에 집중되어온 반면, 염 교수팀의 최근 연구는 응용가능성을 가늠할 중요한 잣대가 되는 금속원자선 내부의 전자의 성질에 주목하여 왔으며, 특히 금속원자선의 전도성이 저온에서 불안정해지는 특이한 상전이 현상을 세계최초로 발견하였다.
이번에 발견된 금속원자선의 특이한 상전이는 원자선이라는 새로운 형태의 극한 물질계의 특성을 분명히 보여줌으로서 원자선의 전자물성이라는 새로운 연구 분야를 개척한 연구업적으로서 세계적으로 평가받고 있다.
염 교수는 이러한 금속나노선의 연구에서 이미 국제적으로 연구리더의 위치를 확보하고 있다. 또한 일련의 선구적 업적을 물리학분야 세계최고 권위지인 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 10여 편 발표하였으며 미국과 일본의 물리학회를 포함한 각종 중요 국제학회의 초청을 받아 연구결과를 발표하였다.
이러한 연구업적으로 우리나라도 나노과학의 기초분야에서 세계적인 연구성과와 연구능력을 보유한 선도적인 연구진을 확보하게 되었다.
특히, 염 교수팀이 연구하는 금속원자선이 반도체산업에서 가장 중요한 실리콘 기판을 사용하고 있다는 점에서 실용 가능한 원자/분자 소자의 개발에도 한 걸음 더 다가가는 계기가 되었다. 실제로 염 교수 팀은 실리콘 반도체 공정에 직접 사용이 가능한 세계최소 선폭의 (2나노미터) 도선을 개발하여 이를 지난해 11월에 발표한 바 있다.
1. 1 나노미터 (1nm) : 10억분의 1 m 이며, 머리카락 굵기의 십만분의 일 정도의 크기를 의미한다.
2. 원자선 : 원자들을 실리콘과 같은 반도체 기판 위에 일렬로 배열시킨 형태의 물질계로서 물리적으로 가능한 최소한의 폭을 가지는 선
3. 원자/분자 소자 : 원자 한 개 또는 분자 한 개를 사용하여 전하나 스핀과 같은 정보를 지니는 물리량을 기록하고 전달 할 수 있는 기능을 하는 단위를 말하며 물리적으로 가능한 최소한의 크기를 가지는 꿈의 소자. 일부 초보적인 수준의 기억 및 스위치 소자들이 실험실에서 구현되고 있다.
4. 금속선의 불안정성 : 금속 전자가 매우 폭이 작은 선에 갇히면 그 운동이 일차원적으로 만 가능하여 여러가지 새로운 물리적인 성질이 나타나게 되는데 이 중 대표적인 것이 전도성 (전기를 통하는 성질)이 저온에서 사라지게 되는 현상으로 2003년 노벨 화학상을 수상한 전도성 고분자 등에서 발견되었다.
수상자 이력사항
성 명 염한웅 (廉 罕 雄)
연 령 40세 (1966년생)
소속기관 연세대학교 물리학과
학 력
1989. 8 서울대학교 자연과학대학 물리학과 (학사)
1991. 8 포항공과대학 물리학과 (석사)
1996. 5 일본 토호쿠대학 이학부 물리학과 (박사)
경 력
1996 ~ 1999 일본 동경대학 이학부 조수
1997 스웨덴 린쵸핑대학 초빙연구원
1999 ~ 2000 일본 동경대학 공학부 강사
2000 ~ 현재 연세대학교 이과대학 조교수/부교수수상경력2000 일본 방사광과학회 젊은과학자상
2001-2005 연세대학교 연구처 우수업적교수상
2001-2003 연세대학교 초미세표면과학연구센터 우수논문상
2001-2005 연세대학교 물리및응용물리사업단 우수논문상
2006 연세대학교 우수업적교수상기 타 2005 세계 최소선폭의 금속 나노선 기술 개발 (경향신문 등 6개 언론매체 보도)
2003 세계 최고분해능의 초정밀 반도체소자 분석기술 개발 (중앙일보 등 8개 언론매체 보도)
수상업적 : 금속원자선의 특이 상전이 세계최초 발견
업적요지
연세대학교 물리학과의 염한웅 교수는 2000년 3월부터 특채교수채용제도의 첫 대상자로 초빙되어 연세대학교 대학원 물리및응용물리사업단(현 물리학과)에 부임, 새로운 실험실을 건설함과 동시에 포항가속기 연구소 내에 방사광실험설비를 구축하고 이의 책임자로서 활발한 연구활동을 벌이고 있습니다 (2000년 이후 연세대 소속으로 SCI 논문 총 61편 - Phys. Rev. Lett. 13편, Phys. Rev. B 35편 등). 그의 이러한 활발한 연구활동에 기초한 연구업적의 질적인 양적인 수준은 젊은 나이와 국내에 정착한지 얼마 안 되는 짧은 기간을 고려할 때 믿기 어려울 정도의 높은 수준이며, 이미 물리학분야 국내 최고수준에 도달하였읍니다. 이러한 이미 이룩한 업적의 우수성과 그의 향후의 연구계획의 가능성은 널리 인정받고 있어서, 2003년 과학기술부 창의적연구진흥사업에 선정되어 “원자선원자막연구단”의 단장으로 더 한층 활발하고 성숙한 연구활동을 보여주고 있습니다.
그의 연구는 위와 같은 업적의 외형적인 지표에서 뿐만 아니라 내용상으로도 매우 우수하며 (지난 5년간 Phys. Rev. Lett. 12편 및 논문 1편당 평균 Impact Factor 3.40), 특히 그의 대표적인 업적인 “실리콘표면에 자기조직적으로 형성되는 원자선의 전자구조와 상전이에 대한 연구”는 기존의 세계적인 그룹들의 관련연구를 뛰어넘어 금속원자선이라는 신물질계의 일련의 일차원상전이를 세계최초로 발견함으로서 “원자선의 전자물성”이라는 신분야를 개척한 선구적인 연구업적이라 할 수 있습니다. 이들 업적은 이미 물리학계 세계 최고 저널인 Phys. Rev. Lett. 등에 다수 시리즈로 발표되었고, 그 중 초기업적은 이미 140회를 넘게 피인용되고 있어, 그 중요성과 파급효과에 있어서도 이론의 여지가 없는 듯 합니다. 이러한 업적들은 관련 국제학회에서도 높이 인지되어, 염한웅 박사 본인이 2000년 일본방사광학회의 젊은 과학자상을 수상하는 계기가 되었고, 1999년 이후 일본물리학회 초청 3회, 2002년 미국물리학회 초청, 2004년 방사광국제학회초청, 2005년 국제박막및 나노구조학회 초청, 등등 젊은 나이에 걸맞지 않을 정도의 빛나는 수상 및 초청 경력으로 이어졌습니다.
업적내용
21세기문명의 기반이라 일컬어지는 정보기술은 그 물적 기반으로서 반도체 소자기술의 한계가 명백해지면서, 양자물성에 기초한 새로운 개념과 새로운 구조의 소자개발, 양자전산 등과 같은 정보처리방식의 패러다임 전환과 같은 혁신적 발전을 요구하고 있다. 이러한 추세를 반영하여, 최근 나노소자와 나노물질계에 대한 심층적인 연구가 요구되고 있다. 본 연구는 보다 미래적이고 새로운 가능성을 지니는, 나노스케일을 뛰어넘는 진정한 원자수준의 극한적인 신물질계를 제공하고, 이러한 원자단위 신물질계의 전자물성을 심도있게 탐구하여 새로운 물성의 발견에 도전하고자 하였다.
특별히 본 연구에서 주목한 원자수준의 신물질계란 반도체 기판 위에 자발적으로 성장하는 원자선(단원자 또는 수원자 폭을 가지며 1차원적으로 펼쳐진 선적구조)구조로서 궁극적으로 크기를 줄인 도선에 해당하며 현대의 고체물리학의 주요한 과제들과 관련되는 1차원 금속전자계의 특이물성을 보일 가능성이 예견되어 왔다.
본 연구에서는 연구자 본인이 지난 10여년간의 연구를 통하여 축적한 know-how를 바탕으로 실리콘이라는 상용화 가능성이 높은 반도체 기판을 특수하게 가공, 원자단위로 규칙적으로 배열된 단차면을 만들고 이러한 “단차기판” 위에 금 원자들을 미량 증착, 금과 실리콘 원자들로 구성된 원자선 배열을 만들 수 있었다. 이러한 원자선배열을 고분해능의 현미경과 분광장치로 연구한 결과 원자선 배열이 실온에서 금속적인 성질을 지니나 일정 온도 이하에서 상전이를 일으켜, 일차원계 고유의 특수한 절연체가 됨을 세계 최초로 발견하였다. (Physical Review Letters 2003년, 2004, 2005년 등) 이러한 금속-비금속 상전이는 일차원금속계에서 이론적으로 예측되는 특이 전자물성으로 2003년 노벨상을 수상한 유기도체 등에서 발견된 바가 있다. 그림. 실리콘 단차면에 형성된 금-실리콘 원자선배열의 (a) 실온과 (b) 40 K 에서의 주사터널현미경 사진. 상전이에 의해서 변형된 저온의 구조가 선명히 보인다.
이 결과는 반도체기판위에 성장시킬 수 있는 원자선이라는 신물질계가 진정 흥미로운 일차원전자물성(여기서는 금속상의 불안정성과 이에 따른 금속-비금속상전이)을 보일 수 있다는 점을 세계최초로 보여준 일련의 중요한 연구업적으로서, 원자선의 일차원전자물성이라는 새로운 분야를 개척한 연구로 평가 받고 있다.
웹사이트: http://www.kosef.re.kr
연락처
한국과학재단 진흥사업팀 최원근 042-869-6817
한국과학재단 홍보과 김태성 042-869-6112 017-714-9646 이메일 보내기
