京都대학 대학원 공학연구과 田中功 조교수와 大阪대학, 고휘도광학연구센터 연구팀은 세라믹스 속의 미량첨가원소(도판트)의 농도 100만분의 1(ppm) 레벨에서의 존재형태를 정량적으로 조사하는데 성공했다. 이론계산에 의한 예측과 형광 X선 분석, 양전자 수명실험을 종합하여 확인했다. 화합물 반도체, 연료전지와 리튬이온 전지의 고체전해질 등 신규재료개발의 효율화에 도움이 되리라 기대하고 있다. 실험에서 조사한 것은 산화마그네슘 속 10~30ppm의 갈륨 도판트. 대형 방사고아 시설 SPring-8을 이용한 형광 X선 분광실험에서 도판트에 동반된 흡수 스팩트럼을 확인하고 이론계산에 의한 예측과 검증했다. 또한 阪大의 白井泰治 교수 등이 양전자 수명실험으로 산화마그네슘 속의 마그네슘 원자 결함을 조사했다. 양전자 수명은 결함이 없는 경우에 비해 결함이 있으면 더 늘어난다. 실험에서는 양전자 수명이 늘어났기 때문에 마그네슘의 원자결함형성을 직접적으로 확인할 수 있었다. 세라믹스의 특성은 ppm 레벨의 도판트로 크게 변화한다. 다만 초미량이기 때문에 해석수단이 없고 제어도 불가능해서 시행착오를 하면서 재료를 만들어 확인하게 된다. 이론계산을 근거로 재료설계를 진행하면 실제로 제작할 재료의 후보를 고를 수 있다. 실험 시간단축이나 비용의 삭감에 의한 효율화, 실험에서 발생하는 폐기물의 삭감을 기대할 수 있다. 연구는 文科省 특정영역연구 ‘국재양자구조’로 진행해 왔다. (NK)