Layer-by-layer 자기조립방법 (self-assembly method) 이라고 불리는 담지자기조립방법 (dip self-assembly method)을 이용한 다층초박막은 다양한 전기적, 자기적 성질을 갖는 물질뿐만 아니라 DNA 또는 효소 (enzyme)같은 바이오 물질들을 기판의 크기나 형태에 관계없이 각각의 층에 나노미터 두께로 삽입시킬 수 있음에 따라서 초박막안에 우리가 원하는 특정 성질을 부여할 수 있다. (중략)

콜로이드 결정 (Colloid crystal)이란 용액 상에서 부유 하는 작은 입자들의 자기 조립 (self-assembly)에 의해 형성된 주기적인 2차원 혹은 3차원 구조를 말한다. 이러한 결정 구조는 광학 필터나 스위치, 광 밴드 갭 재료, 바이오 센서 등의 과학 기술적인 응용을 비롯하여 액화 물질의 상 변화 등과 같은 물리적 현상을 규명함에 있어서 중요한 모델을 제시한다. 특히 최근에 콜로이드의 자기 조립체는 자연적으로 갖게 되는 주기적인 유전율 변화 때문에 빛의 진행 방향이나 특성을 조절할 수 있는 광자 결정 (Photonic Crystal) 구조 제작의 경쟁력 있는 접근 방법으로 각광 받고 있다. (중략)

자기조립 단분자막 (self-assembled monolayers, SAMs)은 주어진 기질의 표면에 자발적으로 입혀진 규칙적으로 잘 정렬된 유기 분자막이다 (그림 1). SAMs의 제조에 이용되는 계면 활성제 분자는 그림 2에서 보여주듯이 세 개의 부분으로 이루어져 있다. 먼저 기질과 결합하는 머리 부분의 반응기, 규칙적인 분자 막 형성을 가능하게 하는 몸통 부분의 긴 알칸사슬, 그리고 분자 막의 기능을 좌우하는 꼬리 부분의 작용기로 나누어진다. 가장 간단한 작용기로는 알킬 그룹이 있으나 분자 막에 특수한 기능을 부여하기 위해서는 여러 가지 다른 그룹들 (예:NH$_2$, OH, COOH 등)이 이용되고 있다. (중략)

최근 분자들의 자기조립 현상을 나노-바이오 소자 개발에 응용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 응용을 위한 대표적인 자기조립체로는 양친성 계면활성제, 블록공증합체, 콜로이드와 초분자체를 들 수 있다. 대부분의 콜로이드가 구형 모양으로 vander Waals interaction에 의하여 3-D결정 (crystal) 형태의 자기조립구조를 형성하는 반면에, 콜로이드를 제외한 대부분의 자기조립체는 적정 조건에서 액정 (liquid crystals), 결정 (crystal) 및 무정형 (amorphous)을 형성한다. 적용하고자 하는 응용의 범위와 재료의 특성에 따라서 각 상태 (phase)를 이용할 수 있으나, 액정상을 이용하는 것과 결정상을 이용하는 경우가 대부분이다. (중략)

균일한 크기의 미세 기공이 규칙적으로 배열되어 있는 다공성 분자체 물질 (porous molecular sieve materials)은 분자 단계의 물질들을 선택적으로 분리 흡착할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 이를 이용하여 다양한 화학 반응의 촉매 및 촉매의 담체로서 널리 사용되어 왔다. 미세 기공 물질은 IUPAC 정의에 따르면 세공의 크기에 따라 기공의 직경이 1.5 nm 미만인 마이크로포러스 물질 (microporous materials), 1.5 nm 이상 50 nm 미만의 메조포러스 물질(mesoporous materials), 그리고 50 nm 이상의 매크로포러스 물질 (macroporous materials)로 나누어진다. (중략)

광자 (photon)를 이용하여 정보의 전달, 표시, 감지 그리고 저장이 가능한 다양한 형태의 소자들은 현재 그 주를 이루고 있는 전자 (electron)가 매개인 소자를 대체할 수 있는 가능성을 가지고 활발히 연구되고 있다. 전자의 움직임은 재료 내에 주기적으로 배열되어 있는 원자나 분자의 결정구조에 의해 제어된다. 이는 전도밴드 (conduction band)와 원자가 밴드(valance band) 사이에 존재하는 전자 밴드갭 (electronic band gap)을 조절함으로써 가능하다. 이와 유사한 개념으로 광자의 움직임은 유전체의 주기적인 배열을 통해서 가능함이 제안되었다. 규칙적인 유전체의 결정구조를 가진 재료에 빛이 조사되었을 때, 그 재료를 통과하지 못하는 특정파장이 결정되며 이를 광자 밴드갭 (photonic band gap: PBG)이라 한다. (중략)

블록공중합체를 한 블록에 대해서만 선택적인 용매에 용해시키면 자발적인 상분리에 의하여 크기가 50 nm에서 200 nm 정도인 마이셀 구조로 자기 조립되며, 그 크기와 형태는 벌크상에서와 마찬가지로 블록공중합체의 분자량, 각 블록의 부피비, 각 블록간과 블록과 용매간의 Flory-Huggins 상호작용계수 ($\chi$)등에 의해서 결정된다. (중략)

고분자 콤플렉스 (polymer complex)는 두 개 또는 그 이상의 상호 보완적인 전하를 띄는 고분자의 조합에 의해서 형성된다. 이러한 콤플렉스는 정전기적인 힘, 소수성 상호작용, 수소결합, 반데르발스힘 등 여러 힘의 조합에 의해서 일어난다. 이들 힘에 의한 콤플렉스 형성을 그림 1에 나타내었다. 고분자의 긴 사슬로 인하여, 상호보완적인 반복단위가 모여 세그먼트 콤플렉스를 형성하고, 이렇게 모인 많은 반복단위가 자유도의 손실 없이 쉽게 회합한다. (중략)

1980년대 초, IBM의 과학자들에 의해 양자역학 현상에 기초한 새로운 현미경이 발명되었다. 뾰족한 금속 팁에 전압을 걸고 전도성 시료의 표면에 접근시키면, 팁이 표면에 접촉하기 직전에 터널링에 의한 전류가 흐르게 된다. 이 전류는 거리에 매우 민감해서 고체 표면에 배열된 원자들에 의해 형성되는 표면 굴곡 (surface corrugation)이 분간 가능하였다. 이 기계가 바로 STM (Scanning Tunneling Microscope)이다 (그럼 1). 이 발명이 있기까지의 약 2세기 가량의 시간 동안 "누구에 의해서도 결코 감지된 적 없는" (H. J. Robinson, Physics Today, March, 24, 1984.) 원자와 분자는 과학자들의 논리 속에 이론상으로 존재할 뿐이었다. STM의 발명으로 인해 인류는 바야흐로 개개의 원자와 분자를 직접적으로 감지할 수 있게 되었던 것이다. 처음으로 STM을 이용하여 원자해상도로 본 표면은 실리콘의 안정한 표면인 Si (111)-7${\times}$7 표면이었는데, 이러한 실리콘 표면의 STM 사진의 예를 그림 2에 나타내었다. (중략)타내었다. (중략)