원자 수준에서 재료의 구조와 변화를 관찰하고 제어하는 기술이 차세대 소재 개발의 핵심으로 떠오르고 있다. 전자현미경은 이러한 정밀 제어를 가능하게 하는 대표 도구로 주목받고 있다.
에바 올슨 스웨덴 찰머스 공과대 교수는 2일 경기도 고양시 킨텍스에서 열린 '나노코리아 2025' 기조연설을 맡아 “재료와 소자의 성능은 원자 구조에 의해 결정되며, 전자현미경을 활용하면 이를 정밀하게 제어할 수 있다”고 강조했다.
올슨 교수는 전자현미경 기술이 나노미터 이하 수준에서 재료의 구조와 변화를 실시간으로 관찰할 수 있도록 발전해왔으며, 이러한 분석이 차세대 소재 설계에 필수적이라고 설명했다.
그는 “원자 한 개 한 개가 어떻게 배열되고 상호작용하느냐에 따라 전기적, 광학적, 기계적 성능이 완전히 달라진다”며 “이를 제어하는 기술이 진정한 의미의 소재 엔지니어링”이라고 말했다.
강연에서는 고해상도 전자현미경을 활용해 전기장, 빛, 온도, 기계적 응력 등을 가해 소재의 반응을 실시간으로 추적하는 '인시투(in situ) 관찰 기법'이 소개됐다. 실제 구동 환경에서 나타나는 원자 구조 변화, 계면 반응, 결함 성장 메커니즘 등을 분석하고 소재의 내구성과 특성 향상에 기여할 수 있다는 설명이다.
올슨 교수는 “소재에 가해지는 미세한 변형이 전기적·광학적 특성에 중대한 영향을 줄 수 있다”며 “전기장을 인가하면 표면의 원자 배열이 바뀌고 이는 열전도도나 전기전도도 같은 핵심 물성에 영향을 준다”고 설명했다. 이어 “이러한 구조 변화를 탐지하려면 1옹스트롬(A) 이하의 공간 해상도를 가진 전자현미경이 필수”라고 강조했다.
그는 전자 토모그래피 기술을 통해 원자 단위의 3차원 구조 분석도 가능하다고 설명하면서 “고정밀 전자현미경 장비와 샘플 조작 기술의 결합은 이제 구조 관찰을 넘어 나노소재 조작 및 설계의 도구로 진화하고 있다”고 덧붙였다.
또 전자현미경 기술이 나노미터 세계의 정밀 분석을 넘어 기능 설계의 플랫폼으로 확장되고 있으며, 향후 복합기능 구현을 위한 차세대 소자 설계로의 응용도 가능하다고 덧붙였다. 그는 끝으로 “반드시 대조 실험을 병행해 데이터 해석의 신뢰성을 높여야 한다”고 당부했다.
박진형 기자 jin@etnews.com
