복잡한 컴퓨터 계산 없이도 신소재 구조 예측…‘현상학적 모델’ 개발
||2025.07.21
복잡한 전산 계산 없이도 원자의 전기적 특성이나 크기 같은 직관적 정보를 이용해 물질 구조를 쉽게 예측하는 방법이 제시됐다. 소재 탐색 효율성을 획기적으로 높여 신규 2차원 물질 설계, 광전자 및 메모리 소자용 층상 구조 발굴 등 다양한 응용 분야에 활용 가능할 전망이다.
한국연구재단은 심우영 연세대 교수 연구팀이 전산 계산 없이도 화합물 구조를 예측할 수 있는 현상학적 모델을 개발하고, 이를 이용한 반도체 소재 제작에 성공했다고 21일 밝혔다.
연구팀은 반도체 및 광학 재료로 주목받는 알칼리 금속, 13족(III족), 15족(V족) 원소로 이뤄진 3원계 화합물 구조를 직관적으로 예측할 수 있는 새로운 현상학적 모델을 개발했다.
이 모델은 전기음성도, 이온 크기 같은 정보를 조합해 화학 결합 특성을 수치화, 정량지표로 나타내고 이를 바탕으로 원소 결합 방법에 따른 구조를 예측할 수 있다.
연구팀은 이 모델을 이용해 기존에 알려진 35종 층상 구조 물질을 정확히 분류했고, 아직 알려지지 않은 신소재 후보 9종도 찾았다.
이 가운데 반도체 후보물질로 알려진 K2In2P3와 Na2In2As3 두 물질을 직접 합성했으며, X선과 전자현미경 분석을 통해 이들 물질 구조가 새로운 모델로 예측한 구조와 맞음을 실험적으로 입증했다.
더불어 합성한 Na2In2As3를 활용해 2차원 소재 InAs(인듐과 비소로 구성된 반도체 물질)를 만들고, 이를 이용한 차세대 메모리 소자인 멤트랜지스터 실험에도 성공했다.
심우영 교수는 “이번 연구는 3원계 화합물에서 결합 특성 기반 구조 예측이 가능함을 증명한 최초 사례”라며 “고비용 계산에 의존하지 않고도 층상 구조 형성 여부를 효율적으로 판단할 수 있는 경량형 예측 모델을 제시한 데 의의가 있다”고 말했다.
이번 연구성과는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'와 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 5월 19일, 7월 1일 연이어 발표됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
