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서울대 연구진 "나노입자 자철광 산화 과정 최초 규명"

송고시간2021-11-04 19:00

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서울대 연구진이 나노입자 자철광(Fe3O4)의 산화 과정을 세계 최초로 규명했다.

4일 서울대에 따르면 박제근 물리천문학부 교수 연구진은 현택환 화학공학과 교수, 이순칠 카이스트 물리학과 교수, 시마카와 유이치 일본 교토대 화학과 교수, 애트필드 영국 에든버러대 교수와 협업해 이 같은 성과를 냈다.

박제근 교수 연구진은 "이는 나노입자의 산화 과정을 완전히 이해한 첫 번째 사례로 나노과학 전반에 파급효과가 크다"며 "이번에 개발한 방법론은 다양한 나노입자에 쉽게 적용할 수 있어 나노 과학의 새로운 지평을 열었다"고 자평했다.

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"나노 과학 새 지평 열어"…'네이처 커뮤니케이션스' 등재

산화에 따른 페르베이 상전이 온도 변화
산화에 따른 페르베이 상전이 온도 변화

[서울대 제공. 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 홍유담 기자 = 서울대 연구진이 나노입자 자철광(Fe3O4)의 산화 과정을 세계 최초로 규명했다.

자철광은 자연에서 가장 흔한 철 산화물이지만, 나노입자 산화 과정은 알려진 것이 거의 없는 미지의 영역이었다.

4일 서울대에 따르면 박제근 물리천문학부 교수 연구진은 현택환 화학공학과 교수, 이순칠 카이스트 물리학과 교수, 시마카와 유이치 일본 교토대 화학과 교수, 애트필드 영국 에든버러대 교수와 협업해 이 같은 성과를 냈다.

이들은 산화에 민감하게 변화하는 자철광의 '페르베이(Verwey) 상전이'를 이용해 나노입자 자철광의 산화 과정을 연구했다.

페르베이 상전이는 절대온도 약 125K(영하 148.15도)에서 자철광의 저항이 100∼1천배가량 바뀌며 금속에서 절연체로 변하는 현상으로, 발견 후 약 80년이 지난 지금까지 정확한 원인이 밝혀지지 않아 물리학의 난제로 꼽혔다.

이전까지 페르베이 상전이 온도는 자철광의 산소 농도에 따라 선형적으로 낮아지고, 특정 산소 농도가 되면 상전이 온도가 80K에 이른 후 상전이 현상 사라지는 것으로 알려졌다.

연구진은 나노입자 자철광 산화 과정에서는 이런 현상이 나타나지 않고, 최소 상전이 온도인 80K가 된 후 다시 95K의 온도로 복원된다는 것을 세계 최초로 관측했다.

이는 여태까지 보고되지 않은 새로운 발견으로, 산화 과정에서 나노입자 자철광 내 산소 농도의 균질성이 변화하기 때문이라고 연구진은 설명했다.

박제근 교수 연구진은 "이는 나노입자의 산화 과정을 완전히 이해한 첫 번째 사례로 나노과학 전반에 파급효과가 크다"며 "이번에 개발한 방법론은 다양한 나노입자에 쉽게 적용할 수 있어 나노 과학의 새로운 지평을 열었다"고 자평했다.

이번 연구 성과는 이날 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 발표됐다.

ydhong@yna.co.kr

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