주사탐침 현미경 성능 8배 향상, 나노 기술 혁신의 새 전환점

한국과학기술원(KAIST)과 미국 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 공동 연구진이 주사탐침 현미경(SPM)의 성능을 8배 향상시킬 수 있는 방법을 발견했다. 이 연구의 주도자는 한국과학기술원의 홍승범 교수로, 연구팀은 18일 성과를 발표했다. 이번 연구는 주사탐침 현미경으로 특수 전자소자를 관찰할 때 발생하는 측정 오차의 원인을 규명하고, 이를 해결하는 방안을 제시하고 있다.

주사탐침 현미경은 머리카락 두께의 수만 분의 1 해상도를 제공하는 초정밀 현미경 기술로, 나노미터(㎚) 크기의 탐침이 물체 표면 근처에서 나타나는 물리적 변화를 통해 물질의 특성을 분석한다. 이 기술은 나노 기술 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있으며, 고도의 정밀성을 요구하는 실험에 사용된다. 그러나 기존의 주사탐침 현미경은 관측 오차가 크고, 그 원인이 명확하게 밝혀지지 않았다.

연구진은 측정 오차의 주된 원인이 주사탐침과 표면 간의 ‘비접촉 유전 간극’이라고 밝혔으며, 이 간극이 오염물질로 채워져 있어 전기적 특성에 영향을 미친다는 것을 확인했다. 이를 해결하기 위해 고유전율 물질을 활용하여 간극을 채우는 방법을 개발, 리튬 니오베이트(PPLN)를 사용하는 것이 물리량 변화를 최소화하는 데 가장 효과적임을 발견했다.

이러한 방법으로 주사탐침 현미경의 정밀도는 8배 이상 향상되었으며, 연구진은 이 기술이 강유전체 박막의 특성 분석에 특히 유용할 것으로 기대하고 있다. 홍 교수는 “이번 연구는 나노스케일 측정 기술의 불확실성을 해결하는 데 기여할 것이며, 강유전체를 포함한 다양한 기능성 재료의 전기적 특성 분석에도 널리 적용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

이 연구 결과는 명망 높은 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 지난 9월 2일 발표되었으며, 첨단 소재 연구에 큰 기여를 할 것으로 anticipation되고 있다. 이번 연구는 주사탐침 현미경 기술의 발전과 함께 나노 기술 분야의 새로운 방향성을 제시하며, 향후 다양한 응용 가능성을 열어줄 것으로 예상된다.