나노튜브로 만들어진 "만년필" (1999/06/24) |
작은 활자들은 나노튜브 덕분에 훨씬 더 작아질 수 있을 것으로 보인다. 미시건 주립대학교와 토론토 대학교의 연구자들은 나노 크기의 "만년필"을 설계했다. 그들은 일종의 펌프를 이용하면 물체의 표면에 정확하게 원자들을 쌓을 수 있을 것이라고 말했다. 이것은 아직 원형이 제작된 것이 아니라 설계 단계에 있지만 그들의 장치를 만들기 위해서 필요한 모든 기술은 현재 사용되고 있는 것들이라고 한다. 만일 이렇게 제작된 장치가 제대로 작동한다면 원자 펜은 마이크로칩 제작에 사용되는 미세한 라인 리소그래피를 압도할 것으로 보인다. 이 펜은 현재 마이크로미터 크기를 갖는 와이어의 연결부나 트랜지스터의 접촉부 같은 부분의 한계 크기를 낮출 수 있을 것이다. 이것을 이용하면 원자 하나하나를 사용해서 마이크로머신을 제작할 수도 있을 것이다. 나노테크놀러지의 발전은 원자나 분자 크기를 갖는 부품을 다룰 수 있는 도구의 부족으로 지연되어 왔다. 현재 원자를 다룰 수 있는 가장 우수한 방법은 표면 주위에서 단일 원자를 이동시킬 수 있는 주사투과현미경(scanning tunnelling microscope; STM)을 사용하는 방법인데 이것은 매우 느리고 많은 작업이 요구된다. 그러나 David Tomanek과 Peter Kral은 원자들로 미리 채워진 그들의 원자 펌프를 사용하면 15마이크로초에 원자 하나의 비율로 표면에 원자를 축적시킬 수 있을 것이라고 예측하고 있다. 펌프의 "잉크 카트리지"는 탄소 원자들이 말려서 튜브모양을 만들고 있는 탄소 나노튜브로 만들어진다. 그리고 이것은 필요한 원자들로 채워질 수 있을 것이다. 한 레이저의 진동수가 나머지 다른 한 레이저의 진동수의 두 배가 되는 레이저로부터 나온 두 개의 간섭하는 레이저 빔은 원자의 흐름을 제어할 것이다. 레이저들은 튜브에 쪼여지고 광전효과에 의해서 튜브 벽에서 전자를 발생시킬 것이다. 레이저 빔들 사이의 간섭은 전자들을 따라서 움직일 것이다. 전자들은 흘러가면서 갇혀있는 원자에 힘을 유발하고 원자들을 뿜어낸다. 레이저빔의 위상차와 강도를 조절하면 원자들의 흐름 방향과 속도를 조절할 수 있다. 이렇게 함으로써 튜브의 끝에서 나온 원자들은 정확한 위치에 도달할 수 있게 되는 것이다. 연구자들에 따르면 장치를 제작하는 것은 정확한 실험이 될 것이라고 한다. 나노튜브에 있는 모든 결함은 원자의 흐름을 원활하게 하기 위해서 매끄럽게 처리되어야만 할 것이다. 더욱이 끝부분의 기하학적 모양은 튜브로부터 원자들을 효율적으로 방출하는데 매우 중요하다. 가장 좋은 모양은 아직 알려지지 않았다. 그리고 적절한 원자의 흐름을 만들어내기 위해서는 고출력의 레이저가 필요하기 때문에 이로 인해 발생하는 열이 문제를 일으킬 수도 있다. 앞으로 출판될 Physical Review Letters에 실릴 그들의 논문에서 Tomanek과 Kral은 원자들을 나노튜브 사이에서 로프와 같은 구조로 뭉쳐있게 만들면 잘 막히지 않고 튜브에서 잘 빠져 나올 수 있을 것이라고 주장했다. 이것은 와이어에서 개개의 원자들을 움직이게 만드는 것에 관한 연구를 그대로 이용한 것이다. 열적 효과는 15마이크로초 동안 지속되는 짧은 레이저 펄스를 사용함으로써 감소시킬 수 있다. 각각의 펄스는 여전히 나노튜브에서 원자들을 움직이게 만들고 물체 위로 쏘아보내기에 충분하다. Sussex 대학교에 있는 나노튜브 전문가 Mauricio Terrones는 "이번 새로운 연구는 매우 우수한 것입니다. 그리고 이 분야에서는 이번 연구로인해서 좀 더 자세한 이론적 연구와 실험이 시작될 것입니다."라고 말했다. |