韓연구진, 세계 최초 '자성' 갖는 2차원 전자화물 발견

김성웅 성균관대 교수 연구팀이 발견한 새로운 2차원 전자화물 구조(자료제공=미래창조과학부) © News1

(서울=뉴스1) 주성호 기자 = 국내 연구진이 해외대학과의 공동연구를 통해 자성이 없는 원소들만을 합성해 세계 최초로 자성을 보이는 전자화물을 발견했다.

성균관대 김성웅 교수팀은 미국 오크리지 국립연구소, 미시시피 주립대학 등 국내외 연구진과의 공동연구를 통해 세계 최초로 자성이 발현되는 2차원 전자화물 합성에 성공했다고 24일 밝혔다.

전자화물은 전자(electron)가 물질내의 독립적인 공간에 음이온 형태로 존재하고 있는 격자간 전자(interstitial electrons)로 이뤄진 새로운 개념의 재료를 일컫는다.

일반적으로 소재는 원소의 결합으로 구성된다. 소재의 특성은 구성원소의 궤도전자에 의해 결정된다. 그러나 전자화물 소재는 원소들 결합으로 이뤄진 소재 내부의 빈 공간에 존재하는 격자간 전자에 의해 특성이 결정된다.

전자화물은 다양한 분야로 응용이 기대되는 차세대 물질로 주목받았으나 실제로 계산과학을 통해 예측된 재료가 합성되거나 자성을 나타내는 전자화물이 발견된 적은 없었다.

이에 김성웅 교수 연구팀은 구조 최적화 알고리즘과 슈퍼컴퓨터를 활용해 실험으로 합성이 가능한 새로운 2차원 전자화물을 찾아냈다. 김성웅 교수는 "2차원 전자화물이 되는 6가지 물질의 열역학적 특성을 다양한 전자계산법을 통해 규명했다"면서 "찾아낸 신규 물질들이 실험적으로 상혼에서 안정된 움직임을 보였다"고 설명했다.

미래창조과학부 관계자는 "지구상에 매장량이 희귀한 고가의 희토류 원소가 필수였던 기존의 자기소재 조성을 탈피할 수 있는 새로운 자성소재 구현의 가능성을 제시한 점에서 시사점이 크다"고 말했다.

김성웅 교수는 "미개척 분야인 전자화물 소재 연구에서 자성이 없는 원소로 구성된 전자화물 소재에서 격자간 전자만으로 자성 소재를 개발했다는 점에 큰 의의가 있다"고 밝혔다.

미래부의 '미래소재디스커버리' 사업지원을 받은 이번 연구결과는 미국화학학회가 발간하는 전문과학저널 'Journal of the American Chemical Society' 온라인판에 게재됐다.
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