합성 다이아몬드 1기압에서 생산하는 길 열렸다

과학기술정보통신부 산하 출연연구기관인 기초과학연구원(IBS)은 다차원 탄소재료 연구단(단장 로드니 루오프)이 1기압에서 다이아몬드를 합성하는 기술을 처음 개발했다고 25일 발표했다. 해당 논문은 세계 3대 학술지 '네이처' 온라인판에 실렸다.

합성 다이아몬드는 1300~1600도 가량 고온에서 5만~10만 기압(5~10기가파스칼) 가량의 고압을 특정 상태의 탄소에 가해야 만들 수 있다. 이 때 합성 가능한 다이아몬드 부피는 1㎤ 정도로 제한된다.

연구팀은 온도, 압력 등 다이아몬드 성장 조건을 최적화하는 장비를 자체 개발했다. 그리고 갈륨 77.75%, 니켈 11%, 철 11%, 실리콘 0.25%로 구성된 액체 금속 합금을 만들었다. 이 합금을 1025도 온도와 1기압 조건에서 메탄과 수소에 노출시키면 액체 금속 내부에서 핵이 생성되면서 다이아몬드 결정이 아래로부터 성장하는 것을 발견했다. 원자힘현미경과 주사전자현미경 등으로 이를 증명했다.

연구팀은 아울러 이 다이아몬드 안에 '실리콘 공극 컬러 센터' 구조를 새로 발견했다고 덧붙였다. 양자컴퓨터 큐비트 개발에 이용할 수 있는 구조다.

연구팀 관계자는 "보다 쉽고 크게 다이아몬드를 만들 수 있는 기술"이라며 "다이아몬드를 성장시키는 액체 금속 성분을 다양화하는 후속 연구를 할 것"이라고 말했다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com