[이슈밸리=권동혁 기자] 국내연구진이 고효율 에너지 생산이 가능한 전하밀도파 기반 미시적 열전 현상을 증명했다.
한국과학기술연구원은 물리학과 양희준 교수, 김용현 교수 연구팀이 한국기초과학연구원 나노구조물리연구단 이영희 교수 연구팀과 공동으로 전하밀도파 기반 미시적 열전 현상을 최초로 규명했다고 지난 1일 밝혔다.
전하밀도파란 물질 내 전자들이 만드는 밀도 파동을 말한다. 흔히 전자의 움직임을 양자역학적으로 제어하는 기술에 쓰인다.
열전 현상이란 온도 차이로 인해 전기가 흐르게 되는 현상을 말한다. 주로 뜨거운 엔진을 식히며 전력을 생산하는 폐열 발전기에 쓰인다. 이번에 연구팀은 원자 크기 수준에서 미시적인 열전 현상을 규명, 원자 스케일에서 고효율 에너지 소자를 설계할 수 있는 원천기술을 확보했다.
공동연구팀은 층상 구조를 이루는 원자 격자가 주변 전자들과 상호작용을 통해 전하밀도파를 형성할 때 높은 열전 효율이 가능함을 실증했다.
원자 스케일 열전 현상을 활용하면 기존 통계적인 온도·열 개념을 뛰어넘어 미시적인 열전달 현상 기반 전기 생산 기술이라는 새로운 연구 분야를 열 수 있을 것으로 보인다.
연구팀은 원자 격자와 전자가 1T-TaS2(이황화탄탈럼) 층상 구조에서 층간 상호작용을 통해 전하밀도파를 생성, 매우 효율적인 미시적 열전 성능을 구현할 수 있다는 것을 주사탐침 열전 현미경 측정 및 제1 원리 전자구조 계산(원자와 전자가 특정 구조로 배열되었을 때 양자역학적으로 어떤 물성을 보일지 설명하는 계산 방법)을 통해 밝혔다.
또 주사탐침 열전현미경 영상 분석을 통해 미시적인 열전달 경로를 실공간에서 확인할 수 있는 포논 퍼들(phonon puddle) 현상을 입증, 표면 아래 열물성을 측정할 수 있는 마이크로 소나 기술을 최초로 확보했다.
전하밀도파 소재는 나노 수준의 열전 발전기, 냉각소자, 센서 개발 분야에 원천 기술을 제공할 것으로 기대되며 원자력·화력 발전소의 폐열을 이용한 고효율 에너지 생산도 가능하리란 전망이다.
