과기정보연, 비평형 분자 흡착 에너지 계산 이론 확립

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 비평형 분자 흡착 에너지 계산 이론을 확립했다.

한국과학기술정보연구원(KISTI) HPC융합플랫폼연구단은 EDISON 2.0 반도체 전문센터장인 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 김용훈 교수 연구팀이 세계 처음으로 비평형 분자 흡착에너지의 계산 이론을 확립하고 전압이 인가된 전극 위에서 물 분자의 안정성에 대한 흡착에너지를 원자 수준 시뮬레이션으로 도출하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.

연구팀은 전압이 인가된 전극에서 비평형 분자 흡착에너지를 제1원리 전자구조 계산으로 다룰 수 있는 이론 체계를 개발해 차세대 에너지 소자나 반도체 공정 등의 개발에 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가된다.

우선 김용훈 교수 연구팀이 전압이 인가된 전극 사이에 놓인 채널의 자유 에너지인 전기 엔탈피를 정의하고 이를 기반으로 비평형 상태의 전극과 분자 간 흡착에너지의 제1원리 계산 이론을 확립했다.

연구팀은 이를 적용해 전압이 인가된 금속 전극과 그래핀 전극에서 안정된 물 분자의 구조가 매우 다름을 보이는 것을 확인했다.

앞서 연구팀은 평형 상태로 제한된 밀도범함수론(DFT)의 한계를 극복할 수 있는 새로운 제1원리 계산 체계인 다공간 DFT 이론을 개발한 바 있다.

이어 이번 연구에서 이 이론을 발전시켜 비평형 자유 에너지인 전기 엔탈피를 정의하고 이를 기반으로 전압이 인가된 비평형 상태의 전극과 채널 간의 흡착에너지를 세계 처음으로 계산했다.

특히 연구진은 금속 전극뿐만 아니라 기존에는 기술이 불가능했던 전압이 인가된 2차원 그래핀 전극에서의 물 분자의 흡착에너지 정보도 도출했다.

이를 통해 대전(어떤 물체에 전기가 띠는 현상)된 그래핀 전극 위에서는 금속 전극과 다른 양상으로 물 분자가 안정화됨을 확인했는데, 이는 최근 많은 주목을 받는 2차원 소재 전극 기반 소자의 제조와 동작 특성에 대한 이해의 지침을 제공할 것으로 기대된다.

김용훈 교수는 “세계 최고 수준의 비평형 계면 전산 설계 원천기술을 확보해 날이 갈수록 치열해지는 차세대 소재 소자의 연구 개발에 중요한 전기를 마련했다”고 말했다.

EDISON2.0 중앙센터장인 KISTI 이정철 단장은 “EDISON 플랫폼은 기존의 교육 중심 서비스와 더불어 연구 효율성과 생산성을 향상시킬 수 있는 맞춤형 특화 연구 환경을 제공할 수 있는 기술을 개발하고 다양한 연구 분야에 서비스할 계획”이라고 밝혔다.

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