액체 속에서 자라는 '다이아몬드'…상압 제작 최초 성공

다이아몬드 합성, 대기압 5만 배 이상 조건 필요
갈륨·규소·철·니켈 섞어 가열 → 메탄 주입
가로·세로 5㎜의 필름 제작…추후 크기 키울 것
규소 불순물 포함…양자 기술 연구에 활용 기대

[앵커]

값비싼 천연광물인 다이아몬드를 인공적으로 합성하려면 고온·고압의 까다로운 조건이 필요한데요,

국내 연구진이 우리 주변 기압인 대기압에서 다이아몬드를 합성하는 기술을 세계 최초로 개발했습니다.


최소라 기자입니다.

[기자]

가공했을 때 아름다운 빛을 내는 다이아몬드!

천연 광물 가운데 가장 단단한 광물 중 하나인 데다 희소성이 높아 값비싼 보석입니다.

게다가 구리보다도 열을 잘 전달하고, 초전도체로도 가공할 수 있어 과학계에서도 쓰임이 큰데,

인공적으로 합성하려면 고온·고압 조건이 필수여서 전문 장비와 막대한 전기가 필요합니다.

그런데 국내 연구진이 다이아몬드를 대기압 조건에서 어렵지 않게 합성하는 기술을 세계 최초로 개발했습니다.

먼저 액체 금속인 갈륨에 규소와 철, 니켈을 섞어 가열합니다.

이때 온도를 1,025도까지 올리면 액체 합금이 되는데, 여기에 탄소와 수소로 구성된 메탄 기체를 주입합니다.

그러자 10분여 만에 액체 합금의 표면에 탄소가 녹아 들어가 다이아몬드 핵을 형성합니다.

그리고 핵을 중심으로 탄소가 점점 붙어 150분 뒤에는 가로·세로 5㎜에 두께 약 100㎛인 다이아몬드 필름이 만들어졌습니다.

[성원경 / IBS 다차원 탄소재료 연구단 연구위원 : 다이아몬드는 결정성을 분석하기 위해 투과전자현미경, 2차원 X선 회절 분석 (등 수단으로) 결정성을 확인했습니다.]

연구진은 다이아몬드를 더 크게 만들지는 못했지만, 추가 연구와 장비 보강을 거치면 가능할 것으로 기대하고 있습니다.

[로드니 루오프 / IBS 다차원 탄소재료 연구단장 : 합성에 비싼 장비가 필요하지 않습니다. 사실상 어떤 실험실에서든 액체 금속으로 탄소를 녹일 수 있다는 겁니다.]

이번 연구에서 제작된 다이아몬드에는 규소 불순물이 포함됐는데,

연구팀은 덕분에 양자 특성이 나타날 것으로 보인다며, 이를 양자 컴퓨터나 양자 센서 개발에 활용할 수 있다고 말했습니다.

이번 연구 결과는 세계 최고 권위 국제학술지 네이처 온라인판에 실렸습니다.

YTN 사이언스 최소라입니다.

YTN 최소라 (csr73@ytn.co.kr)

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