한 알의 직경 20~40나노미터의 금 미립자로 구성된 ‘금 나노결정재료’는 강도는 높지만 물엿처럼 변형하는 성질도 있다. 그 원인이 되는 구조를 筑波大學 물질공학계의 水林博 교수, 谷本典 강사 등이 실험으로 밝혀냈다. 재료에 힘이 가해졌을 때 결정을 구성하는 입자의 계면에서의 미끄러짐이 큰 영향을 미친다는 점과 입자 하나 하나가 마치 거대원자처럼 일정하게 움직인다는 것을 알았다. 水林교수, 谷本강사와 일본원자력연구소 첨단기초연구센터의 境誠司연구원 등은 헬륨가스 속에서 금을 증착시키는 ‘가스디포지션장치’로 금 나노결정재료를 제작했다. 99.9999%라는 고순도의 헬륨가스를 이용한 이외에 금 미립자의 통로가 되는 관의 첨단을 오무리지 않는 등의 연구를 하여 금 벌크와 똑같은 고밀도 결정을 실현했다. 나노결정재료의 변형 메커니즘을 조사하는 한편 두께 20마이크로미터, 길이 20밀리미터, 폭 1밀리미터의 리본상의 금 나노결정재료의 시료로 실험했다. 인장, 압축 시의 거동을 주사형 터널 현미경(STM)으로 관측한 결과, ①200나노펄스의 힘이 가해졌을 때, 시료 전체에 비스듬하게 스치는 듯한 계면 미끄러짐이 드물게 일어난다 ②400메가펄스에서는 이 미끄러짐이 보다 빈번해진다 ③500메가펄스에서는 각 입자의 계면마다 입계 미끌어짐이 일어난다는 것을 알았다. 특히 ③은 입자 단위에서 마치 거대원자와 같은 움직임을 보였다. 일반적으로 결정입경은 작을수록 강도가 증가한다고 알려져 있으나 나노사이즈까지 작아지면 이 법칙은 맞지 않는다. 이번에 그 원인을 실험으로 확인한 것이 된다. 금 나노결정재료는 복잡한 변형이 가능하여 강도와 미세한 가공 양쪽이 필요한 복잡형상의 나노 스케일 부품의 금형이나 부품 그 자체 등에 대한 응용이 기대된다. 이번 성과로 그 실현에 탄력이 가해질 것 같다. (NK)