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마이크로, 나노가공 현상의 물리적 해명

전문가 제언: ○ 분자동력학의 개요와, 이것을 사용한 나노스케일 절삭의 연구 예를 1990년경부터 현재에 이르기까지 더듬으면서, 초기에 어떤 것이 기대되고 그것이 어디까지 해명되었는지, 아직 어떤 문제점이나 과제가 떠올라왔는지, 현재 그 과제가 어떻게 극복되고 있는지 등을 중심으로 기술하고 있다.

○ 공구나 피삭재 등의 재료를 입자(원자 혹은 분자)의 집합체로해서 모델화한다. 입자 간에는 재료의 탄성정수 등의 물성 값을 재현하는 상호작용을 준다. 이 상호작용 아래에서 각 입자는 주위의 입자로부터 힘을 받아서 뉴턴의 운동방정식에 따라서 운동한다. 상호작용은 입자간 거리에 대해서 비선형이라 운동방정식의 적분은 수치적으로 하지 않으면 안 된다.

○ 이 모델 사이즈가 제약을 받는 문제는 취성재료의 절삭시뮬레이션에 분자동력학을 적용하려고 할 때도 같은 모양으로 일어났다. 주지하는바와 같이 단결정 실리콘 등의 취성재료는 절삭 깊이를 어떤 임계 값 이하로 설정하면 연성적으로 깎인다고 한다. 이른바 “취성, 연성 천이”가 일어난다. 이것이 어떤 메커니즘으로 일어나는지 실제는 잘 모르는 것이 현상으로, 근거의 애매한 매개변수(parameter)를 사용하지 않는 분자동력학은 이것을 조사하는 데 격자의 수단으로 생각된다. 분자동력학(MD)에 의한 단결정 실리콘의 나노스케일 절삭 시뮬레이션이 시행되어, 이것이 연성방법절삭인 것은 확인되었다.

○ 분자동력학은 1990년경 급히 각광을 받기 시작해 현재도 다양한 분야에서 마이크로현상의 시뮬레이션에 사용되고 있다. 그러나 그것과 동시에 이 방법의 적용상 문제점이나 과제에 대해서도 꽤 인식이 깊어지고 있다. 본고에서는 말이 없었지만 각종재료나 화합물에 있어서 원자간 상호작용의 고정도화의 연구도 활발히 시행되고 있다. 마이크로 나노가공현상의 물리적 고찰을 하고 마이크로 나노가공기술을 발전시키기 위한 연구가 지속적으로 필요하다고 생각한다.

저자: T.Inamura
자료유형: 학술정보