그림 (a), (b)는 종횡비가 다른 산화아연 나노선에 대하여 원자힘현미경을 이용하여 탄성계수가 크게 다른 두 종류의 탐침으로 전류와 횡력 신호를 얻고 분석한 결과를 보여준다. 연구팀은 탐침의 탄성계수에 따라서 마찰전기 효과에 의해 상당한 크기의 전류가 발생함을 규명했다. 서울과기대 제공
원자힘현미경에 부착된 미세한 탐침으로 산화아연 나노선을 구부릴 경우 전류가 감지되는 현상이 2006년 사이언스지에 발표되면서 산화아연 나노선의 압전효과가 처음으로 세상에 알려진 바 있다.
김관래 교수 연구팀은 약 100나노미터 크기의 직경을 가진 산화아연 나노선의 압전효과를 체계적인 방법으로 평가하기 위해 전도식 원자힘현미경(Conductive AFM)과 횡력 현미경(Lateral Force Microscope) 신호를 동시에 분석하는 연구를 시도했다. 두 현미경에서 얻은 신호들 간의 통계적 분석을 진행한 결과 산화아연 나노선의 종횡비가 증가할수록 적은 힘으로도 더 큰 전류를 얻을 수 있음이 증명됐다는 설명이다.
또한 이 과정에서 측정되는 전류가 산화아연의 압전효과뿐만 아니라 직경이 약 50나노미터인 탐침과 산화아연 표면의 접촉에 의한 마찰전기 효과에 의한 것임을 규명했다고 한다.
이번 연구에 대한 내용은 국제학술지 ‘네이처’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 2월 호에 게재됐다. 이 연구는 한국연구재단의 이공분야기초연구사업 기본연구(2019R1F1A1057944)의 지원을 받아 수행됐다.
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