Nanoscience in Self-Assembled Monolayers Studied by STM

Abstract

자기조립 단분자막은 (self-assembled monolayers, SAMs)는 유기분자들이 다양한 기질위에서 자발적으로 형성된 분자조립체 (molecular assembly)로서, 분자간의 상호작용과 분자들과 기질 사이의 상호작용을 통하여 조직적으로 잘 배열된 구조를 갖게 된다. 이러한 자기조립 단분자막은 구성 분자들의 기능적인 특성과 종류에 따라 다양한 기능을 갖게 되며, 또한 화학반응을 통하여 단분자막의 표면 특성을 쉽게 개질화 시킬 수 있다는 장점이 있다. 최근 이러한 점에서 반도체나 금속표면상에서 잘 배열된 초박막상태로 만들어진 자기조립 단분자막은 바이오센서, 바이오인터페이스, 분자엘렉트로닉스, 광전소자, 나노수준의 초고집적 회로 등과 관련된 극소형, 고기능성, 다기능성 소자개발에 응용될 수 이상적인 모델 시스템으로 간주되고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 골드 표면위에서 티올계의 화합물로부터 형성된 자기조립 단분자막은 분자들의 자기조립현상, 분자구조에 따른 분자막의 특성 관계, 계면현상 및 배열구조 등과 같은 과학적 호기심을 밝힐 수 있는 대표적인 분자조립체로서 지난 십여년간 다양한 분석기기를 사용하여 집중적으로 그리고 폭 넓게 연구가 진행되어 오고 있다. 여러 분석기기중 1982년 IBM 연구소의 Binning 와 Rohrer에 의해 발명된 주사 터널링 현미경 (scanning tunneling microscope, STM)은 이론적으로 존재하던 원자나 분자들을 직접 관찰하고 제어할 수 있는 기기로서, 이것을 이용하여 자기조립 단분자막의 성장과정 및 흡착구조 등이 분자 수준에서 밝혀지게 되었다. STM의 출현은 현재의 나노기술이 태동하게 되는 가장 큰 원동력이 되었으며, 나노 기술의 근간은 바로 원자나 분자들을 직접 관찰함으로써 이들의 물리적, 화학적 성질을 이해하고, 궁극적으로는 이들의 기본적인 성질, 현상, 및 과정들을 자유자재로 제어할 수 있는데 있다고 볼 수 있다. 본 발표에서는 STM을 이용하여 다양한 분자들의 자기조립 현상, 분자들의 배열구조 및 자기조립 과정에서 일어나는 화학반응 등을 분자적 관점에서 밝혔던 내용들을 소개하고자 한다.