천진우 교수 연구 팀, 컴퓨터 저장용량 10배 늘려 미국 국립과학원회보(PNAS) 게재 차세대 초고집적 저장 매체로 응용될 수 있는 3차원 나노-슈퍼-구조체(nano-super-lattice)가 개발됐다. 우리대학교 화학과 천진우 교수를 포함한 국내의 공동연구 팀은 3차원 나노 입자 네트워크 구조를 반응기로 사용하여, 나노-슈퍼-구조체를 제작했다. 이렇게 형성된 3차원 나노-슈퍼-구조체는 매우 규칙적인 배열과 수십 배 증가된 자성특징을 갖기 때문에, 기존의 자성 메모리의 집적도를 획기적으로 증가시킬 수 있다. 이번에 개발된 20nm(10억분의 1) 크기의 자성 나노 입자는 하나의 자기신호를 저장할 수 있는 비트(bit)로 작용하여, 약 1테라(1조) 비트의 기억 용량이 가능하다. 이는 현재 최고 수준의 약 500배 정도를 증가시키는 용량이다. 나노-슈퍼-구조체를 하드디스크에 적용할 경우 손목시계 정도 크기(1인치스퀘어) 메모리에 600메가바이트 용량의 영화 2,700편 또는 500쪽짜리 책 100만 권을 담을 수 있다. 구체적으로 3차원 나노 입자 네트워크 구조 형성에 사용된 나노 입자는 코발트(8nm)와 산화철(18nm)이며, 이들 나노 입자간의 화학 반응을 유도하여, 새로운 산화철-코발트산화철 나노-슈퍼-구조체를 형성시켰다. 이렇게 형성된 나노-슈퍼-구조체는 기존 나노 입자에 비해 약 25배 정도로 획기적으로 증가된 자기적 성질을 나타낸다. 이번에 개발된 나노-슈퍼-구조체는 자성 나노 입자를 최소한의 공간에 최대한으로 채워 넣는 결정화 원리가 적용됐으며, 마치 소금(NaCl) 결정과 같은 3차원 구조를 갖고 있다. 따라서 나노 입자의 위치가 정확하며, 밀도가 최대화되어 이론적으로만 가능한 초집적화가 가능하다. IBM 연구소 뛰어넘어 차세대 저장매체 이정표 세웠다 외국의 경우, 이러한 관련 연구의 최고 기술은 미국 IBM 연구소가 보유하고 있으나, 아직 나노 입자를 단순 조립하여 나노-슈퍼-구조체를 제작하는 수준에 그치고 있다. 한편, 본 연구진은 나노-슈퍼-구조체 제작 기술을 완성함은 물론이고, 새로운 개념의 나노 반응기를 제안하여, 자성 특성이 획기적으로 증가된 3차원 나노 물질의 개발에 성공했다. 이러한 나노-슈퍼-구조체 내에서의 화학 반응을 이용한 새로운 나노 물질의 개발은 세계 최초이며, 자성 메모리 매체뿐만 아니라, 나노-슈퍼-구조체의 응용이 가능한 광 메모리 분야, 자성-반도체 트랜지스터 소재 및 MRI 조영제 등의 개발에 핵심 기술로 사용될 수 있다. 이번 연구는 우리대학교 화학과 팀과 KAIST 화학과 김세훈 교수 팀 및 포항 입자가속기 연구소의 X-선 흡수 분광기(김민규 박사), 한국 기초과학연구소의 초고전압 투과전자 현미경(김윤중 박사 팀)의 공동연구를 통한 첨단 연구 장비를 이용하여 이러한 나노 현상을 확인할 수 있었다. 천 교수는 "현재 이 구조체를 판독할 수 있는 정교한 장비가 없지만 앞으로 상용화가 가능해질 것"이라며 "이번 연구결과는 차세대 저장매체의 중요한 이정표가 될 것"이라고 말했다. 본 연구 결과는 세계적 과학 잡지인 미국 국립과학원회보(PNAS) 2월 28일자에 발표됐다.