지구에서 약 24만 마일(38만 4천 킬로미터) 떨어진 달에 있는 동전에 새겨진 날짜를 읽을 수 있다고 상상해 보세요.

3M의 새로운 주사 투과 전자 현미경(scanning transmission electron microscope)은 전 세계적으로 극소수의 기관에서만 보유하고 있는 희귀한 세계적 수준의 장비로, 이러한 수준의 확대율을 제공합니다. 이 현미경은 핀 머리 위에 수백만 개가 일렬로 들어갈 정도로 미세한 원자 수준의 구조까지 관찰할 수 있어, 3M 연구원들에게 물질이 원자 단위로 어떻게 구성되는지 놀라운 통찰력을 제공합니다.

이러한 역량은 3M 연구원들이 접착제, 연마재, 촉매 및 기타 첨단 소재에 이르기까지 다양한 소재의 구성 방식과 성능을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다. 이처럼 심층적인 분석을 통해 과학자들은 추론을 넘어 성능에 영향을 미치는 특징을 직접 관찰할 수 있으며, 이를 통해 새로운 아이디어를 도출하고 제품 개발을 가속화하며 제조 공정을 개선하고 차세대 혁신을 지원할 수 있습니다.

3M 전자현미경 그룹의 첨단 연구 전문가인 양류(Yang Liu)는 "원자 수준에서 살펴보지 않으면 제대로 이해할 수 없는 것들이 있습니다."라고 말했습니다. "정말 자세히 들여다보기 전까지는 사물이 어떻게 작동하는지 알 수 없을지도 모릅니다."

재료가 작동하는 방식을 더 가까이에서 보기

주사 투과 전자 현미경(S/TEM)은 기존 현미경으로는 볼 수 없었던 물질 내부까지 연구할 수 있게 해줍니다. 이 장비는 가시광선 대신 초고속으로 가속된 전자를 전자기 렌즈로 초점을 맞춰 사용합니다. 전자가 시료를 통과하면서 과학자들은 내부 구조를 놀라울 정도로 정밀하게 관찰할 수 있습니다.

시료를 준비하는 과정은 매우 중요한 부분이며, 연구원들은 전자가 통과할 수 있도록 재료를 약 100나노미터 이하로 얇게 만들어야 하는 경우가 많습니다. 류 교수는 시료 준비 과정 자체를 "예술 작품"이라고 부릅니다.

원자 수준까지 물질을 확대할 수 있는 능력은 3M에게 매우 중요합니다. 왜냐하면 3M의 많은 제품은 아주 작은 규모로 설계된 소재에 의존하기 때문입니다.

3M 기업 연구소 분석 부문(Corporate Research Analytical Lab) R&D 부사장인 클레어 잘버트(Claire Jalbert)는 “새로운 소재나 고객 문제를 해결하는 새로운 방법을 개발할 때, 우리는 그것이 어떻게 작동하고 왜 작동하는지 이해해야 합니다.”라고 말했습니다. “이 새로운 장비를 통해 우리는 원자 수준이라는 새로운 차원에서 그 작동 원리를 이해할 수 있게 되었습니다.”

측정을 혁신으로 전환하기

현미경의 가치는 단순히 뛰어난 이미지를 포착하는 데 그치지 않습니다. 3M 연구원들은 이 현미경을 통해 구조와 성능을 연결하는 데 사용할 수 있는 데이터를 얻을 수 있으며, 이를 통해 이론을 넘어 재료 내부에서 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지 직접 확인할 수 있습니다.

3M 기업 연구소 분석 부문의 corporate scientist인 맷 앳킨슨(Matt Atkinson)은 “측정할 수 없으면 아무것도 만들 수 없다는 것이 현실입니다.”라고 말했습니다. “다른 사람들이 측정할 수 없는 것을 측정할 수 있다면, 다른 사람들이 만들 수 없는 것을 만들 수 있습니다.”

3M의 수석 연구 엔지니어인 마리아 브라차노스(Maria Vratsanos)는 이 현미경 덕분에 이전에는 불가능했던 방식으로 재료를 연구할 수 있게 되었다고 말했습니다.

브라차노스는 "극도로 높은 배율로 관찰하면 이전에는 도저히 볼 수 없었던 것들을 볼 수 있게 될 것입니다."라고 말했다.

세계 최고 수준의 혁신 도구

이 새로운 현미경은 북미에서 가장 강력한 현미경 중 하나이며, 전 세계적으로도 몇 대 되지 않는 고성능 현미경으로, 대부분 연구 시설, 대학 및 반도체 회사에 설치되어 있습니다.

이 제품은 매우 민감하기 때문에 3M은 진동, 전자기 간섭 및 온도 변화를 줄이기 위해 세심하게 개조된 실험실에 이를 설치해야 했습니다.

하지만 회사 경영진은 기술은 이야기의 일부일 뿐이라고 말합니다. 수십 년간 재료 연구 경험을 쌓아온 3M 연구원들의 전문 지식이야말로 첨단 장비를 실질적인 통찰력으로 바꿔주는 원동력입니다.

3M 기업 연구 분석 연구소의 시니어 디렉인 스티브 라이너(Steve Rhyner)는 “최첨단 기기와 장비를 확보하는 것과, 우리 팀이 해결해야 할 문제를 근본적으로 이해하고 적절한 도구를 적용하여 문제를 해결할 수 있는 지식을 갖추는 것은 완전히 다른 차원의 문제입니다.”라고 말했습니다.

3M Chief Technology Officer, 존 바노베츠(John Banovetz)에게 있어 이 새로운 현미경은 과학을 혁신의 기반으로 삼아온 회사의 오랜 노력을 반영하는 것입니다.

바노베츠는 “이 현미경은 광학 디스플레이용 다층 나노구조 필름과 같은 첨단 소재 분야에서 세계 최초의 혁신을 가능하게 하는 중요한 도구가 될 것입니다.”라고 말했습니다. “3M은 과학 기업이며, 최첨단 기술을 유지하는 것은 제품의 기본 원리를 이해하고, 차별화된 솔루션을 제공하며, 고객의 문제를 지속적으로 해결하는 데 필수적입니다.”