스마트폰, 스마트워치 등과 같은 첨단 전자제품에 쓰이는 차세대 메모리 개발의 핵심소재로 주목받고 있는 것이 바로 강유전체 산화물로 그동안 전기화학적 작동현상은 알려져 있었으나 그 정확한 원리는 규명되지 않았습니다.

한국기초과학지원연구원 김영민 박사는 수차보정전자현미경을 이용해, 원자의 위치 변화를 피코미터 단위로 추적하여 강유전체 산화물의 계면에서 일어나는 화학적 변화를 직접 이미징하는데 성공했습니다.

전기적 분극이 발생하는 물질의 표면이나 계면에는 전하의 축적을 상쇄하는 감극 현상이 일어납니다.

수차보정전자현미경을 통해 강유전 산화물인 비스무스페라이트 박막의 실제 모습을 관찰한 결과, 양극부분의 원자구조는 산소의 빈자리가 없는 원자 배열을 보였으나, 음극부분에는 산소 빈자리가 존재한다는 것을 발견하였습니다.

이를 통해 양전하가 모인 계면에서는 산소 빈자리들이 재배열함으로써 감극이 이루어지게 되며 음전하가 모인 계면에서는 전자의 재배열에 의해 감극이 제어 된다는 새로운 사실을 규명할 수 있었습니다.

특히 외부 전기장을 가해 분극 스위칭 시, 산소 빈자리들은 전자보다 이동속도가 낮아 전기 스위칭 속도에 더 큰 영향을 미치게 된다는 점을 고려할 때 이번 연구 결과는 유전체를 응용한 전자 소자의 성능을 예측하는 중요한 정보를 제공하게 될 것입니다.