노스캐롤라이나 주립대의 연구원들이 상온과 보통 기압에서 다이아몬드를 합성할 수 있는 방법을 발견하는 한편, 기존에 알려지지 않은 제3의 형태의 탄소를 확인했다.
 
흑연과 다이아몬드는 같은 물질, 즉 고체 탄소가 서로 다른 결합으로 나타난 것이다. 연구팀은 자신들이 탄소의 세 번째 결합을 만들어 냈다고 주장했다. Q-탄소로 알려진 이 강자성 물질은 다이아몬드보다 강하며, 어둠 속에서 빛난다.
 
연구팀은 Q-탄소를 이용, 다이아몬드와 연관된 구조를 만들어낼 수 있는 기술을 개발했다. 이 물질을 이용해 ‘다양한 단결정의 다이아몬드 개체’를 합성할 수 있다고 밝혔다.

노스캐롤라이나 주립대학의 John C. Fan 재료과학 및 공학부 석좌교수이자 이번 연구와 관련된 3편의 논문의 제1저자인 Jay Narayan 교수는 “우리는 탄소의 제3의 모양을 발견했다. 일부 행성의 중심부를 제외하면 그 어디에서도 이와 같은 물질을 발견할 수 없을 것이다”고 말했다.
 
이 물질의 합성 과정은 사파이어, 유리, 플라스틱 폴리머 재질의 기판에서 시작된다. 이 기판을 전형적인 결정 구조를 가지고 있지 않은 무형의 탄소로 코팅한다.
 
그 후 이 탄소에 싱글 레이저 퍼스를 약 200 나노세컨드 동안 쐬어 준다. 이 짧은 시간 동안 탄소의 온도는 섭씨 약 3,727도까지 오르게 되며, 이후 빠르게 식는다.
 
이러한 과정은 상온과 보통 기압에서 이루어지며, 이 과정을 통해 Q-탄소의 얇은 막이 생겨나게 된다. 막의 두께는 20~500나노미터까지 조절이 가능하다. 다른 기판을 사용하거나 레이저 퍼스를 쐬는 시간에 변화를 줌으로써 탄소의 냉각 속도를 조절할 수 있다. 냉각 속도를 바꾸어 주면, Q-탄소 내에 다이아몬드 구조가 생성된다.
 
Narayan교수는 “이렇게 만들어진 다이아몬드 개체들은 단결정 구조를 가지고 있어 다결정 물질보다 단단하다. 우리가 사용하는 레이저는 기본적으로 안과 수술용 레이저와 유사하다. 즉, 우리는 새로운 응용 분야를 저비용으로 개발할 수 있게 된 것이다”고 말했다.
 
새로운 물질의 추가적인 이익 중 하나는 전자 디스플레이 관련 신기술에 적용할 수 있다는 것이다. 노스캐롤라이나 주립대학은 Q-탄소 및 다이아몬드 합성 기술에 대해 임시 특허를 신청했다.

Narayan 교수와 노스캐롤라이나 주립대학 박사과정 학생인 Anagh Bhaumik이 참여한 첫 번째 논문은 10월 7일자 APL Materials 저널에 실렸으며, 두 번째 논문은 11월 30일자 ‘Journal of Applied Physics’에 발표됐다.

출처 : 라파포트