KAIST는 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 원자간력 현미경(AFM)을 활용한 차세대 신소재 연구 전략을 체계화한 ‘로드맵’을 제시했다고 10일 밝혔다.

이번 연구는 나노 수준에서 강유전체의 전기적 상태를 ‘읽고 쓰는’ 분석·조작 방법을 통합 정리한 리뷰 논문으로, 국제학술지 Journal of Materials Chemistry C 표지 논문으로 게재됐다.

연구팀은 나노 스케일에서 전기적 특성을 정밀 제어할 수 있는 AFM의 활용 전략을 정립해, 차세대 반도체·에너지 소재 연구의 방향성을 제시했다.

강유전체는 외부 전원이 없어도 전기적 상태를 유지하는 특성을 지녀 차세대 메모리와 센서 핵심 소재로 꼽히지만, 나노 수준에서 내부 변화를 관찰하기 어렵다는 한계가 있었다.

이에 연구팀은 AFM을 기반으로 압전반응힘현미경(PFM), 켈빈탐침힘현미경(KPFM), 전도성 AFM(C-AFM) 등 다양한 분석 기법을 통합해 물질의 구조와 전하 분포를 입체적으로 파악하는 체계를 구축했다.

특히 이번 연구는 AFM이 단순 관찰 장비를 넘어, 탐침을 통해 전기 자극을 가해 나노 수준에서 물질의 전기적 상태를 직접 설계·조작하는 ‘공정 도구’로 진화하고 있음을 강조했다.

연구팀은 이 기술이 이황화몰리브덴, 하프늄지르코늄산화물 등 차세대 반도체 소재 성능 분석과 개선에 활용될 수 있다고 설명했다.

또한 고속 AFM과 인공지능(AI)을 결합해 복잡한 나노 구조를 자동으로 분석하고 최적 소재를 설계하는 방향도 제시했다.

홍승범 교수는 “AFM이 신소재를 설계하고 정밀 제어하는 핵심 공정 기술로 자리 잡고 있다”며 “AI와 결합한 분석 기술은 반도체와 에너지 소재 분야에서 기술적 우위를 확보하는 데 중요한 역할을 할 것”이라고 밝혔다.