A. 기판 위에 원자를 증발시켜 표면에 도달한 (이후 “증착된”) 원자의 움직임, 증착 중 기판과의 상호 작용 등에 의해 단 원자층 두께의 박막 뿐 아니라 수 원자층 두께의 덩어리가 형성 되기도 하고 증착된 원자가 기판과 합금을 이루기도 한다. 이와 같이 다양한 성장 양식의 원인을 밝히기 위해 컴퓨터를 이용한 흉내내기 (simulation)을 수행하고 있다.

B. 기판과의 반응이 (예: 합금 및 산화) 일어나지 않고 원자층 두께로 평평한 이상적인 박막을 성장하기 위한 저온 성장 방법을 연구하고 있다. 이 방법은 기판의 온도를 저온으로 낮추고 증착을 진행하여 평형 상태의 자연에서는 존재할 수 없는, 그러나 이상적인 박막을 얻는 것이다.

A. 단원자층 두께의 박막은 2차원 구조체로써 3차원 물체인 덩어리와 다른 물성을 보인다. 본 연구실에서는 특히 금속 및 산화물 기판 위에 성장된 자성(magnetic) 극초박막이 보이는 자기적 특성 조사 및 그 원인의 규명을 연구의 중심 주제로 삼고 있다.

B. 나노 미터 크기의 주기를 갖는 패턴을 기판 위에 만들고 이 기판 위에 자성을 갖는 물질을 증착하면 이 자성 물질이 기판의 주기에 따라 작은 cluster를 형성 한다. 이 거의 0차원의 나노점들은 덩어리 (3차원), 극초박막 (2차원)과는 또 다른 자기적 특성을 보여 준다. 이와 같은 나노점의 특이한 자성,낮은 차원 효과 및 나노점의 규칙적 배열 등이 자기적 특성에 미치는 영향의 이해를 위한 연구를 수행하고 있다.

C. 자석에 전기장을 가하면 자석의 특성에 변화가 일어날까 ? 최근 2 - 3년 사이 그 답이 매우 긍정적임이 속속 드러나고 있다. 이 경우 자기장이 없이 바석의 특성을 전기적으로 조절할 수 있다면 이미 널리 쓰여지고 있는 전자공학에 자석을 결합한 새로운 소자들 특히 정보 저장 소자들을 만들 수 있는 가능성이 있다. 본 ㅇ녀구실에서는 이 가능성을 현실로 만들기 위한 연구를 수행 중이다. 더하여 어떻게 전기장이 자성에 영향을 주는지 그 근본적 이유를 알리 위한 탐구도 하고 있다.

A. 높은 에너지의 이온을 기판에 입사하면 (sputtering 하면) 기판의 원자가 떨어져 나가거나 다른 위치로 튕겨 나간다. 그 결과 만들어진 빈자리(vacancy)와 다른 위치로 이동한 원자(adatom)가 안정된 위치로 이동하는 (diffusion) 과정에서 표면에 규칙적인 원자 혹은 vacancy에 의한 패턴이 자발적으로 만들어 진다. (이를 자기조립 혹은 self-assembly라 한다.) 이 패턴은 점, 물결 등으로 대체로 이루어진다. 최근 본 연구실에서는 이온의 입사를 다양한 방향에서 수행하여 좀 더 복잡한 나노 스케일 패턴을 단순한 패턴들을 순차적으로 조합하여 복잡한 패턴을 만드는 계층적 자기조립을(hierachical self-assebly) 성공적으로 구현하였다. 또한 이들 패턴을 다양한 이론 모델을 검증하는 시금석으로 삼아 각 모델의 신뢰도와 한계를 검증하는 연구도 수행하고 있다.

B. 나노 스케일 패턴 형성의 두번째 방법으로 기판에 자기 조립에 의한 패턴을 미리 형성하고 이를 틀로 이용하여 (template) 이틀 위에 원자를 증착하면 표면에 도달한 원자가 이미 만들어진 패턴의 주기를 갖고 배열한다. 이를 통하여 기판의 질서를 증착 원자에 이식할 수 있다. (template-guided 혹은 assisted self-assembly) 구체적으로 텅스텐의 (110)라는 표면에 탄소 불순물이 있으면 원자의 주기가 두 직각 방향으로 순수한 (110) 표면의 원자 배열 주기에 비해 각각 5배 3배 (5 x 3) 혹은 5배 12배 (5 x 12)로 커진다. 이것을 표면 재구조라한다. (surface reconstruction) 이 재구조된 표면 위에Co 원자를 증착시키면 (5x3) 혹은 (5x12) 주기로 모인 알갱이들이 모인 패턴을 보여준다. 이렇게 규칙적인 Co 알갱이들의 자기적 특성은 Co 극초박막이나 덩어리와는 또 다른 특성을 보인다. 이와 같이 주기적으로 배열된 알갱이를 만들고 이들의 물성을 조사하고 이해하려는 노력이 본 연구진의 또 다른 연구주제이다.