더 강해진 나노 연필

 

인텔(Intel)과 Caltech 연구진은 초고밀도 데이터 저장에 사용될 수 있는 씌워진 탄

소나노튜브로부터 만들어진 나노연필(nanopencil)을 만들었다. 탐침은 예전에 만들

어진 노출되거나 폴리머로 덮여진 나노튜브와는 달리 내마모성이 좋고 강유전성 박

막 위에서 6.8 nm만큼 작은 비트 크기로 데이터를 저장할 수 있다. 이것은 1 

Tbit/inch2만큼 큰 저장밀도를 가지도록 할 것이다. 

 

탐침 기반 “자리찾기 및 주사(seek-and-scan)” 데이터 저장 시스템은 초고밀도 비

휘발성 메모리를 만드는데 이상적이다. 여기서 주사 탐침이나 탐침 어레이는 매체

에 데이터를 쓰거나 읽는다. 이 비트 크기는 탐침 팁의 크기에 의존하고 과학자들은 

나노크기 팁이 강유전체 박막의 극성을 부분적으로 반대로 할 수 있다는 사실을 최

근 보였고 나노미터만큼 작은 도메인 크기를 만든다. 

 

그러나 한 가지 난관이 있다. 그것은 실용적인 장치에서 탐침은 매우 높은 속도(100 

μm/s 이상)에서 밑에 있는 장치와 연결되는데 그 때 기존의 주사 탐침 팁

(scanning probe tip)이 매우 빠르게 마모되어서 해상도를 떨어뜨린다. 탄소나노튜

브는 매우 강한 기계적 성질과 내마모 성질을 가지고 있어서 탐침으로서 이상적이

다. 그러나 탄소나노튜브는 휘거나 뒤틀려지기 쉬워서 탐침 팁으로 사용이 제한된

다. 

 

연구진은 뛰어난 내마모 성질을 가진 유전체 물질인 실리콘 산화물로 코팅된 탄소나

노튜브 탐침을 만들었다. 연구진은 이 탄소나노튜브가 일반적인 읽기/쓰기 조작동

안 일반적으로 인가되는 5 nN 힘보다 3배 더 큰 비틀림 힘을 견딜 수 있을 것이라고 

판단했다. 이 수치는 파릴렌(파라 크실렌에서 얻은 플라스틱)으로 코팅된 다중벽 탄

소나노튜브 탐침보다 14배 더 큰 값이다. 또한 연구진은 PZT 박막 위의 나노연필 마

모율이 50 mm/s 스캔 속도에서 4.35 × 10?3 nm/s 이라는 것을 알 수 있었다. 이것

은 나노연필이 읽기/쓰기를 할 수 있는 스캔 거리가 11 km보다 더 길다는 것을 의미

한다. 이 수치는 일반적인 데이터 저장 장치에서 요구되는 값을 초과한다. 

 

과학자들에 따르면 나노튜브의 종횡비는 폴리머 코팅되거나 노출된 나노튜브 탐침

에서 보여준 휘거나 비틀려지는 문제들을 피하면서 나노튜브의 매우 작은 크기를 이

용한다. 더 나아가 새로운 탐침은 강유전체 박막 위에 6.8 nm 만큼 작은 비트 크기

를 쓸 수 있다. 이것은 1 Tbit/inch2 만큼 큰 저장밀도를 가능하게 한다. 

 

연구진은 전도성 AFM 팁 위에 단일 나노튜브나 한 묶음의 나노튜브들을 부착시켜

서 탐침을 만들었다. 그 후에 나노튜브 탐침 위에 실리콘 산화물을 균일하게 코팅시

켰다. 마지막으로 다이아몬드 표면 위에 팁을 미끄러지게 해서 나노연필을 날카롭

게 했다. 이 작업으로 일부 실리콘 산화물 코팅이 제거된다. 

 

읽기/쓰기 조작에 나노연필을 사용하기 위해서 연구진은 강유전체 박막 표면과 접촉

된 나노튜브 팁에 전기 펄스를 인가했다. 전기장은 한 개의 비트를 쓰기 위해서 박막

의 작은 영역에서 분극 방향(polarisation direction)으로 부분적으로 움직일 수 있

다. 읽는 동안 AC 신호가 팁에 인가되었다. 이것은 역압전효과(reverse piezo-

electric effect)를 통해서 아래 있는 박막의 기계적 팽창과 수축을 유도한다. 역압전 

반응의 상은 비트들의 지역적 분극 방향에 의존한다. 

 

현재 연구진은 이것을 더 재생산 가능하도록 하기 위해서 제조 기술을 향상시킬 예

정이다. 이 연구결과는 Applied Physics Letters에 게재되었다.

 

 

http://nanotechweb.org/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-01-15