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편집 2004.06.20(일) 01:37

나노 펨토 아토…어디까지 작아질까


얼마 전까지만 하더라도 100만분의 1(10-6)을 의미하는 ‘마이크로’(micro)가 작은 것을 의미하는 대명사로 사용되었다. 아직까지 마이크로캡슐, 마이크로머신, 마이크로필름 등 마이크로라는 접두어가 붙은 많은 용어들을 쉽게 찾아볼 수 있다.

그러나 현재는 ‘나노’(nano)라는 말이 작은 것을 나타내는 새로운 트렌드가 되었다. 난쟁이를 뜻하는 라틴어에서 유래된 나노는 10억분의 1(10-9)을 의미하며, 나노기술은 대략 100나노미터 크기 내에서 물질의 물리적·화학적 구조나 성질을 조절하여 새로운 기능이나 특성을 개발하는 기술을 말한다. 이 크기는 수소원자 열개 정도, 혹은 전형적인 박테리아의 100분의 1 정도를 나타낸다.

현재 나노기술은 대표적인 첨단기술로 손꼽히면서 세계의 선진 여러 나라들은 나노기술의 개발에 힘을 쏟고 있다. 나노기술에서 다루는 분야는 다양한데, 특히 재료분야에서 탄소나노튜브, 나노자성체, 나노화합물, 기계분야에서 초소형 로봇, 생명공학분야에서 신약 개발, 그리고 에너지와 환경에 이르기까지 관련 개발 분야는 무궁무진하다. 예를 들어, 1991년 일본 NEC의 이지마 박사가 우연히 발견한 탄소나노튜브는 최대 지름이 수십나노미터에 불과하지만 강도는 강철의 100배, 전기 전도도는 구리와 동일하여 고부가가치를 창출하는 평판디스플레이, 연료전지, 반도체 메모리 등 다양한 산업분야에 이용될 수 있는 첨단 신소재로 각광받고 있다.

한편, ‘찰나’ 수준의 짧은 시간이 적용되는 연구 분야가 발전하면서 현재의 시간 단위에는 나노보다 더 작은 피코(10-12)나 펨토(10-15)초가 쓰이고 있다. 작년 초, 우리나라 연구진에 의해 초미세 레이저 가공기술이 개발되었다. 이는 펨토초 단위로 레이저를 발사해 나노와 마이크로미터 크기의 소자를 가공할 수 있는 기술로서, 반도체와 생명 및 의료 분야의 연구에 이용될 수 있다. 올해 초에는 독일과 오스트리아의 공동연구에 의해 100아토(아토: 10-18)초 이하의 정확도를 가진 세계에서 가장 빠른 스톱워치가 개발되었다.

이로써 물질 내의 원자나 분자 내부에서 움직이는 전자의 운동을 관찰할 수 있고, 분자들이 형성되고 반응하면서 일어나는 변화를 관측할 수 있는 가능성이 생기게 되었다.

앞으로 나노 이하의 크기를 다루는 영역에 펨토초 수준의 초고속 측정기술이 결합된다면 신소재, 반도체, 레이저, 의료 등의 분야에 새로운 장이 열릴 수 있을 것이다.

최경희 이화여대 과학교육과 교수


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