원자 쌓는 순서 바꿨더니 새로운 기능…국내 연구진, 차세대 소재 설계법 제시

원자 쌓는 순서 바꿨더니 새로운 기능…국내 연구진, 차세대 소재 설계법 제시

반도체와 센서의 성능을 높이려면 새로운 재료가 필요합니다. 그런데 재료에 다른 원소를 추가하는 대신, 원자층의 배열을 설계해 새로운 기능을 구현하는 연구 성과가 나왔습니다.

과학기술정보통신부가 2026년 10월 2일 소개한 이번 연구는 포항공과대학교와 숭실대학교 공동 연구팀의 성과입니다. 연구진은 원자층의 조성 배열을 설계해 금속과 초박막 절연재료에 새로운 기능을 구현했습니다.

핵심은 재료를 구성하는 원소뿐 아니라, 그 원자들을 어떤 순서로 배치하는지도 중요한 설계 요소가 될 수 있다는 점입니다.

같은 재료라도 원자 배열에 따라 기능이 달라진다

이번 연구에는 POSTECH 이대수·이길호·최시영 교수와 숭실대학교 박세영 교수 공동 연구팀이 참여했습니다. 과기정통부는 연구 성과를 ‘원자층 그라데이션 설계 원리’로 소개했습니다.

이 내용을 이해하려면 여러 색의 블록으로 구조물을 만드는 모습을 떠올려볼 수 있습니다. 같은 블록을 사용하더라도 쌓는 위치와 순서를 달리하면 전체 구조가 달라집니다. 원자층 설계도 배열을 바꿔 재료의 특성을 조절한다는 점에서 비슷하게 이해할 수 있습니다. 다만 이는 이해를 돕는 비유이며, 실제 원자 수준의 작동 원리는 훨씬 복잡합니다.

POSTECH은 이번 연구가 재료의 기존 장점을 유지하면서 새로운 기능을 더하는 접근을 보여줬다고 설명했습니다. 어떤 원소를 사용할지에 더해 원자를 쌓는 순서를 소재 설계의 변수로 제시했다는 의미입니다.

반도체 절연막과 열 센서에 활용 가능성

과기정통부가 소개한 활용 분야에는 전류 방향에 따라 다르게 작동하는 전자소자, 누설전류를 줄이는 차세대 반도체용 초박막 절연막, 적외선·열 센서 등이 포함됩니다.

이러한 분야는 스마트폰이나 컴퓨터의 완제품보다 그 안에 들어가는 부품과 소재에 가깝습니다. 새로운 소재 설계법이 실제 소자로 발전한다면, 전자기기의 성능과 효율을 개선하는 기반 기술이 될 수 있습니다.

다만 이번 발표가 스마트폰 배터리 사용 시간 증가나 반도체 제품의 성능 향상을 직접 입증했다는 뜻은 아닙니다. 발표된 연구 성과와 향후 제품에서 기대하는 효과는 구분해서 읽어야 합니다.

연구 성과와 상용화는 다른 단계

연구팀은 앞으로 이 방법을 자성체와 초전도체 등 다양한 물질로 확장하고, 초박막 절연막과 열 센서 같은 실제 소자로 발전시키는 후속 연구를 진행할 계획이라고 밝혔습니다.

따라서 현재 주목할 부분은 신제품 출시 일정이 아니라 새로운 소재 설계의 가능성입니다. 연구실에서 확인한 특성을 실제 부품에 적용하려면 제조 과정과 작동 조건에서도 원하는 성능을 유지하는지 검증하는 과정이 필요합니다.

이번 소식은 IT 기술의 발전이 눈에 보이는 화면이나 소프트웨어뿐 아니라, 원자 수준의 재료 설계에서도 시작된다는 점을 보여줍니다. 원자의 배열을 설계해 새로운 기능을 구현한 성과가 향후 어떤 소자로 이어질지가 다음으로 지켜볼 부분입니다.