[대학저널 온종림 기자] 금을 나노 수준으로 들여다보면 V자가 반복되는 헤링본(herringbone) 무늬가 드러난다. UNIST(울산과학기술원) 신소재공학과 펑딩 특훈교수 연구팀이 ‘원자 수준의 금 표면에 헤링본 질감이 나타나는 이유’를 규명했다.
금을 포함한 금속은 합성조건에 따라 다양한 표면 구조를 가지며 이는 금속 이름 뒤에 기록된 숫자로 구분된다. 금의 경우는 ‘금(111)’의 표면 구조가 가장 안정적인데, 반세기 전 이 물질의 원자 표면이 독특하다는 게 밝혀졌다.
육안으로 보면 매끈한 표면인데 나노 수준에서 관찰하면 헤링본 질감이 나타나는 것. 하지만 이 무늬가 왜 나타나는지는 오랫동안 수수께끼로 남아 있었다.
펑딩 교수 연구팀은 금(111) 표면의 질감이 독특한 이유를 머신러닝 기술 중 하나인 인공신경망을 활용해 밝혀냈다.
연구에 따르면 금(111) 표면의 최상층의 원자 수는 바로 아래층보다 4% 정도 더 많다. 이 때문에 최상층의 몇몇 원자들은 불안정한 위치에 놓인다. 최상층 원자가 이 위치에서 벗어나 안정을 찾으려면 위로 조금 이동해야 하는데, 이때 금 표면에 변형으로 헤링본 무늬가 형성된다는 것이다.
연구팀은 인공 신경망을 통해 금(111) 원자들에 주어지는 힘들을 정확하게 계산하고 시뮬레이션한 결과 최상층 아래에서 무시할 수 없는 변형이 일어난다는 것을 입증했다. 또 이런 변형을 금(111) 원자층이 두꺼울수록 심했다. 금(111)의 두께가 얇으면 내부 변형이 억제돼 헤링본 대신 줄무늬가 나타났다.
펑딩 교수는 6일 “이번 연구로 물질 표면 연구에 인공 신경망 등을 도입하는 길을 열었다”고 의미를 설명했다.
[ⓒ 대학저널. 무단전재-재배포 금지]
