미국 캘리포니아주 버클리 대학(UC Berkeley)의 엔지니어들이 마이크론크기( 1 마이크론은 만분의 1 센티미터 )의 모터를 만든지 15년후, 이번에는 동대학의 물리학자들이 나노크기( 1 나노는 천만분의 1 센티미터 )의 모터를 만들어 내었다고 7월 24일자 '네이처'(Nature)지를 통해 발표했다. 바이러스의 등에 태운다는 우스개도 통할 정도로 작은 이 모터는 탄소나노튜브를 회전축으로 하는 금(gold)으로 만들어진 회전자(rotor)가 주요 부품이다.

버클리 대학 물리학과에 재직중이며 로렌스 버클리 국립 연구소의 연구원을 겸임하면서 이번 연구를 주도한 알렉스 제틀 (Alex Zettl) 교수는 "지금까지 인간이 만든 것중 가장 작은 모터입니다. 그러나 아직 자연은 우리 인간보다 한걸음 더 앞서 있습니다. 생체에서 작동하는 모터는 크기면에서 우리가 이번에 만든 것과 비슷하거나 더 작습니다. 하지만 이제 곧 따라 잡을 수 있을 것입니다." 라고 말한다.

이번의 세계 초소형 모터 개발은 나노기술상의 신기원을 세운 일이며, 진정한 의미의 나노크기 동작기계와 그 집합체 장치 제작이 현실로 다가왔음을 보여주는 성과로 평가받고 있다. 제틀 교수는 "이번 모터는 인간의 의지로 작동 조절(control)이 가능한 최소크기의 도구입니다." 라고 설명한다.

이 초소형 모터는 빛의 방향을 몇 개의 경로로 적절히 분리해서 나누어 주는 광학 스윗치(optical switch)라든지 회전하지 않고 까딱거리게만 함으로써 단파진동자(microwave oscillator), 또는 회전운동 자체를 이용하여 마이크로 유체장치 내부의 물질 혼합기(mixer)로 쓰일수도 있다고 제틀 교수는 밝혔다.

모터 제작공정 중 핵심은 회전자를 지지하고 회전축의 역할을 하는 탄소나노튜브의 제작. 양파껍질처럼 여러겹인 다중벽 탄소나노튜브를 미리 만든 뒤에 회전자, 고정자 등을 전자빔 식각공정으로 구성한다. 모터구조가 완성된 후, 직류전기를 통해주면 전자기력에 의해 회전자가 움직이면서 회전축역할을 하는 탄소나노튜브에 비트는 힘을 가해주어 20도 정도 기울어지게 되는데, 이를 여러번 반복하면 피로현상에 의해 탄소나노튜브의 바깥벽이 부숴지면서 완전 360도 회전이 가능한 회전축으로 거듭나게 된다고 한다.

버클리 대학 연구진이 직면한 예기치 못했던 문제점 한 가지는 바로 제대로된 모터 속도측정기구가 없다는 점이다. 기존의 모든 측정장비를 동원해도 나노 스케일의 이 모터의 회전 속도를 정확히 측정해줄 도구가 없다는 것. 현재로서는 주사현미경을 이용해서 33 밀리초마다 한 컷의 가시정보를 볼 수 있을 뿐이다.

초미세 영역에서 발생하는 흥미로운 현상에 대해 더욱 연구의욕을 느낀다는 제틀 교수는 "이 모터의 크기를 5분의 일로 더 줄이는 연구도 계획하고 있다. 나아가 미세영역에서 전도율이나 마찰력등 기본적 량을 측정하는 도구도 만들어 보는 것이 주목표가 될것이다." 라고 소신을 밝혔다.

[Scieng News] 배성원 기자 정리: 김덕양 기자


첫번째 사진: 회전중인 나노크기(가로 500 nm) 모터 동영상 © 2003 Alex Zettl. All rights reserved

두번째 사진: 나노모터 개념도. © 2003 Alex Zettl. All rights reserved

원문출처: http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2003/07/23_motor.shtml