이제 털곰은 세상에서 가장 작은 바이올린으로 슬픈 노래를 연주할 수 있습니다.
영국 러프버러 대학교의 물리학자들이 새로운 나노리소그래피(nanolithography) 도구를 활용하여 ‘세계에서 가장 작은 바이올린’을 제작하는 데 성공했습니다. 이 악기를 구현한 연구팀은 이 프로젝트를 시대를 초월하는 풍자적 모욕을 상징하는 메타포로 활용했습니다. 이 바이올린은 단순한 ‘스폰지밥’ 레퍼런스를 넘어, 나노 스케일 컴퓨팅 기술의 미래를 상징합니다.
러프버러 팀이 미세한 스크린 프린팅 과정에 비유한 이 바이올린은 폭이 13마이크론, 높이가 35마이크론에 불과합니다. 이는 인간의 머리카락보다 얇은 크기로, 가장 작은 봉지동물(tardigrades)조차 연주할 수 없을 정도로 미세합니다. 다만, 바이올린 자체가 음을 낼 수 없다는 점 때문에 그 상징성이 다소 희석되기도 했습니다.
이 악기는 ‘열 스캐닝 프로브 리소그래피(thermal scanning probe lithography)’라는 공정을 거쳐 플래티넘으로 제작되었습니다. 이 바이올린은 대학이 차세대 나노 스케일 메모리 장치 연구를 준비하며 활용하는 새로운 열 스캐닝 프로브 현미경의 테스트 결과물입니다.
[첨부 영상: 연구원들이 단세포 생물 크기의 로봇을 3D 프린팅하는 모습]
위 영상에서 켈리 모리슨(Kelly Morrison) 교수가 이 미세한 에칭 기술의 배경을 설명하고 있습니다. 모리슨 교수는 “세계에서 가장 작은 바이올린을 제작하는 과정은 모두 재미있어 보일 수 있지만, 이 과정에서 얻은 지식의 상당 부분이 이곳에서 실제 연구로 구현될 기반을 다졌습니다”라고 전했습니다.
대학은 스위스 하이델베르크 인스트루먼츠(Heidelberg Instruments)의 나노프레이저(NanoFrazor)라는 새로운 열 스캐닝 프로브 현미경을 사용했습니다. 이 장비는 초고정밀의 고온 프로브 팁을 이용하여 15nm까지의 해상도로 다양한 물질에 나노 스케일 구조를 에칭할 수 있습니다. 모리슨 교수에 따르면, 이는 “원자 간 상호작용을 볼 수 있는 매우, 매우, 매우 작은 바늘”과 같습니다.
프로브를 이용해 저항(resist) 물질을 코팅한 칩에 일종의 스텐실을 새긴 후, 이를 현상(develop) 과정에 거쳐 저항 물질을 녹여내고 에칭된 바이올린 모양의 패턴만 남겼습니다. 이후 칩 위에 플래티넘 층을 증착(deposit)했고, 마지막 아세톤 세척을 거치자 플래티넘 바이올린 조각상만이 남게 되었습니다.
러프버러 대학교의 나노프레이저는 영국 내 극소수의 장비 중 하나이며, 프로브와 잠재적으로 공기나 물에 민감한 작업 재료들을 외부 간섭으로부터 안전하게 보호하는 소위 ‘글러브 박스(glove box)’에 설치되어 있어 독보적입니다.
바이올린 제작에 사용된 나노리소그래피 공정은 이미 러프버러 과학대학 두 팀에서 데이터 저장 기술을 개선하고 반복 적용하는 연구가 진행 중입니다. 이 중 한 연구팀은 열 기반 저장 시스템의 미래를 연구하고 있습니다. 나노리소그래피 기술을 활용하여 열에 민감한 나노 입자를 제작하는 것은 단일 메모리 장치에 여러 종류의 재료를 결합하는 메모리 장치 기술에 있어 중요한 진전이 될 수 있습니다.
나노리소그래피 도구를 활용하는 또 다른 연구는, 프로브를 이용하여 훨씬 작아진 자기 메모리 장치를 위한 나노 스케일 자기 센서를 개발하는 것입니다. 자기 하드 드라이브가 계속 소형화되면서 밀도가 높아질수록, 허용 가능한 안정성으로 자기 데이터를 읽고 쓰는 것이 더욱 어려워졌습니다. 이것이 오늘날 최첨단 하드 드라이브에 HAMR(열 보조 자기 기록, heat-assisted magnetic recording) 기술이 도입된 물리적 한계였습니다. 하지만 만약 자기 리더를 나노 스케일로 제작한다면, 메모리 밀도의 새로운 지평을 열 수 있습니다.
많은 과학자와 연구자들이 무어의 법칙(Moore's Law) 둔화에 대응하기 위해 포토닉 기반 마이크로칩과 같은 대체 하드웨어 트렌드에 주목하고 있지만, 나노리소그래피 기술에 더 깊이 파고드는 이러한 노력은 기존 컴퓨팅 기술의 수명을 연장하는 데 중요한 성과를 가져다줄 것으로 기대됩니다. 이제 누군가가 정말 슬픈 일화를 이야기한다면, 물론 당신이 레스터셔의 러프버러(Loughborough)까지 갈 수 있다는 전제하에, 세상에서 가장 작은 바이올린으로 노래를 불러줄 수 있습니다.
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