한국과학기술원(KAIST)은 양용수 물리학과 교수 연구팀이 인공신경망을 이용한 주사투과전자현미경(STEM) 기반 원자분해능 전자토모그래피 기술을 개발했다고 5일 밝혔다. 이는 고성능촉매 개발에 응용될 것으로 기대된다.

양 교수팀은 이 연구를 통해 백금 나노입자 표면과 내부의 3차원 원자 구조를 15pm(피코미터)의 정밀도로 규명했다. 1pm은 1m의 1조 분의 일에 해당하는 단위로, 15pm의 정밀도는 수소 원자 반지름의 약 3분의 1 정도에 해당한다.

전자토모그래피는 전자현미경으로 다양한 각도에서 측정된 2차원 이미지로부터 3차원 이미지를 얻어내는 기술이다.

일반적인 전자토모그래피 실험에서는 시편을 탑재한 홀더 또는 그리드가 전자빔을 가리게 되는 실험적 제약으로 인해 고각도(약 75도 이상)의 이미지 측정이 불가능하다. 이로 인해 이미지에 원치 않는 노이즈들이 생겨난다. 이에 기존 전자토모그래피 방법으로는 표면·계면의 3차원 원자 구조를 측정하기 힘들었다.

양 교수팀은 인공신경망을 이용해 고각도 방향의 데이터를 복원함으로써 이 문제를 해결하는 데 성공했다. 이를 통해 고분해능 3차원 표면·계면 원자구조의 결정이 가능하게 됐고, 나노물질의 표면·계면에서 나타나는 물성의 메커니즘을 단일원자 수준에서 근본적으로 해석할 수 있게 됐다.

양용수 교수는 "표면·계면에서 일어나는 물성과 이에 연관된 메커니즘의 근본적인 이해를 바탕으로 고성능 촉매 개발 등에 응용될 것"이라고 말했다. 정인선 기자

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