대기압 합성 인공 다이아몬드

 

 

 

기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단 로드니 루오프 연구단장 연구팀은 갈륨, 철, 니켈, 실리콘으로 구성된 액체 금속 합금을 이용하여 세계 최초로1 기압에서 다이아몬드를 합성하는 데 성공했습니다.

 

 

 

 

RSR-S 장치를 통해 만든 다이아몬드 결정, https://www.chosun.com/economy/science/2024/04/25/236VN5J5EBFXTDCGAALLBHSPFI/

 

 

 

 

 

 

다이아몬드는 우수한 열 전도성과 단단함, 내화학성으로 인해 전자기기 열 전도체, 반도체 방열 장치 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

 

 

다이아몬드는 1300~1600도의 높은 온도와 대기압의 5만~6만 배에 달하는 압력 조건에서만 합성이 되며, 고온고압 조건을 유지하기 위한 압력 셀의 크기 제한 때문에 합성 가능한 다이아몬드의 크기는 약 1㎤로 제한되었습니다.

 

 

 

 

 

[그림1] 1기압 하에서 액체 금속 합금에서 다이아몬드의 성장 (a) 응고된 액체 금속 표면에 성장한 다이아몬드 (b) 응고된 액체 금속 표면에 성장한 연속 다이아몬드 필름의 광학 사진. (c) 전자 현미경용 샘플 그리드 위에 전사된 다이아몬드 필름의 광학 사진. (d) 다이아몬드 필름의 원자힘현미경 사진. (e) 응고된 액체 금속 표면에 성장한 단일 다이아몬드 입자의 단면 투과 현미경 사진. (f) 성장한 다이아몬드의 원자 구조 사진. (g) 응고된 액체 금속에 있는 성장된 다이아몬드의 주사 전자 현미경 사진. (h) 액체 금속의 바닥 표면에서 다이아몬드의 성장을 유도하는 탄소의 확산을 보여주는 도식, https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000735/selectBoardArticle.do?nttId=24721&pageIndex=1&searchCnd=&searchWrd=

 

 

 

 

 

연구팀은 1025도 온도, 1기압 압력 조건에서 다이아몬드를 최초 합성했으며, 빠르게 가열 및 냉각이 가능한 'RSR-S' 장치를 자체 제작했기 때문에 다이아몬드 합성에 3시간이 걸리는 기존 장치들과 달리 15분이면 모든 실험 준비 과정을 완료할 수 있습니다.

 

 

또한 '광 발광 분광법'이라는 실험을 통해 물질에 빛을 쏴 방출되는 파장 빛을 분석하여 다이아몬드 내 '실리콘 공극 컬러 센터' 구조를 발견했습니다. 이 구조는 액체 금속 합금의 구성요소 중 하나인 실리콘이 다이아몬드 결정 사이에 끼어들어 있는 구조입니다. 이 ‘실리콘 공극 컬러 센터’ 구조는 자기 민감도가 높고, 양자 현상(양자적인 특성)을 띄기 때문에 나노 크기의 자기 센서 개발과 양자 컴퓨터 분야로 응용이 기대되고 있습니다.

 

 

 

 

연구 결과는 4월 25일 (한국시간) 국제학술지 ‘네이처(Nature)’ 온라인판에 실렸습니다.

 

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07339-7

 

 

 

 

 

 

 

 

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참고자료

ETNEWS 김영준 기자, <IBS, 1기압에서 다이아몬드 생산…세계 최초 성과>, https://www.etnews.com/20240425000013

기초과학연구원(IBS) 뉴스센터, <세계 최초, 1기압에서 다이아몬드 생산 성공>, https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000735/selectBoardArticle.do?nttId=24721&pageIndex=1&searchCnd=&searchWrd=

조선일보 박지민 기자, <패러다임 깬 韓 연구진, 세계 최초 대기압서 인조 다이아 제조>, https://www.chosun.com/economy/science/2024/04/25/236VN5J5EBFXTDCGAALLBHSPFI/