2021.08.12
물리학과 김관표 교수 연구팀은 이론으로만 예측된 새로운 구조의 4-6족 층상 칼코겐 화합물(group IV-VI monochalcogenide)을 실험을 통해 실제로 합성해 학계에 보고했다.
4-6족 칼코겐 화합물 그룹은 예전부터 다양한 구조의 화합물이 존재할 것으로 기대됐으나, 새로운 화합물 구조에 대한 실제 발견은 흔치 않았다. 연구팀은 4-6족 단일 칼코겐 그룹에서 육각형 결정 구조의 화합물을 최초로 구현했으며, 칼코겐 물질의 구조 제어 및 응용 연구에 새로운 길을 열었다.
4-6족 단일 칼코겐 화합물들은 원자층들이 겹겹이 쌓인 층상 구조를 갖고 있으며, 기존 칼코겐 화합물에서는 주름진 모양의 층을 갖는다는 점이 알려져 왔다. 이런 층상 구조들은 반도체 및 상변화 메모리 소자 분야에 높은 응용성으로 최근 각광받고 있다. 비슷한 주름진 층상 구조를 갖는 흑린(black phosphorus)은 차세대 반도체 물질로 주목받고 있으며, 칼코겐 화합물의 경우 다양한 구조를 가질 수 있다는 점을 이용해 상변화 메모리 소자에 사용되고 있다.
김관표 교수팀은 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 방법으로 4-6족 화합물인 게르마늄 셀레나이드(GeSe, Germanium Selenide)의 세 번째 다형체(polymorph)를 최초로 합성하는 데 성공했다. 최신 전자현미경 분석법을 총동원해 새로운 물질 구조 분석을 성공적으로 이뤄냈으며, 기존 4-6족 화합물에서 볼 수 없었던 육각형 구조와 더불어 원자 4층 두께의 층 구조(quadruple-layer)를 갖고 있음을 처음으로 밝혀냈다. 또한 새로이 합성된 게르마늄 셀레나이드 화합물은 매우 높은 전기적 전도성을 가지고 있음을 확인했다.
연구팀은 “4-6족 칼코겐 화합물의 육각형 결정 합성에 대한 우리의 첫 번째 실험적 구현이 새로운 유형의 칼코겐 다형체(polymorph) 발견과 더불어 강전 및 열전 응용에 대한 다양한 기초 연구의 기반을 마련할 것”이라고 본 연구의 의미를 설명했다.
물리학과 이솔, 정중언 통합과정생이 주도한 본 연구 성과는 나노 분야 세계적 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters, IF=11.238)’에 5월 10일(현지시간) 게재됐으며, 한국연구재단의 선도연구센터 지원사업(반데르발스 물질 연구센터) 및 신진연구 지원사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
Author Sol Lee, Joong-Eon Jung, Han-gyu Kim, Yangjin Lee, Je Myoung Park, Jeongsu Jang, Sangho Yoon, Arnab Ghosh, Minseol Kim, Joonho Kim, Woongki Na, Jonghwan Kim, Hyoung Joon Choi, Hyeonsik Cheong, and Kwanpyo Kim
Journal Nano Letters
DOI doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00714
publish 2021 May 10