‘2차원 물질’이종합성의 난제 풀었다- 무결점 이종접합물질, 전자소자의 차세대 핵심물질로 활용 기대 -
□ 연구팀은 액상 금 표면 위에서, 질화붕소의 결정립이 동일한 방향으로 형성되는 ‘자가 줄맞춤*’ 현상을 이용해 단결정 질화붕소 박막을 합성했다. 이 방법은 박막의 크기에 구애받지 않고 원하는 크기의 단결정 형태를 합성할 수 있다.
* 자기 줄맞춤(self-collimation) : 액상의 금 표면에서 질화붕소 결정립이 형성되면 질소와 붕소원자들이 전기적인 상호 인력을 일으켜 서로 밀어내거나 당기면서 적정 거리를 유지하는 현상
○ 매끄러운 액체 상태의 금 표면 위에서 질화붕소의 원료 물질을 쉽게 흡착‧이동시켜, 크기가 균일한 원형의 질화붕소 결정립을 합성했다. 각각의 질화붕소 결정립이 임의로 이동하다가 결정립의 가장자리에 있는 질소와 붕소 사이에서 전기적인 상호 인력이 유도되고, 그 결과 결정립이 스스로 줄맞추어 배열되는 현상을 이용한 것이다.
□ 또한 제작된 단결정 질화붕소 박막을 기판으로 활용해, 반금속성 소재인 그래핀, 반도체성 소재인 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2) 등 다른 2차원 소재들도 단결정으로 합성했다. 나아가 그래핀*과 질화붕소가 층을 이루는 이종 적층구조를 직접 합성하는 데 성공했다.
* 그래핀(Graphene) : 탄소의 동소체 중 하나이며 탄소 원자들이 육각형 원자구조로 매우 얇으면서 물리적․화학적 안정성이 높음
□ 이번 연구결과는 세계 최초로 이종 원소로 구성된 2차원 소재를 대면적 단결정으로 합성할 수 있는 원천기술 개발한 것일 뿐만아니라, 다양한 2차원 소재의 이종 적층구조를 대면적 단결정으로 성장할 수 있는 새로운 연구 패러다임을 제시한 것으로 평가받고있다. 이를 바탕으로, 차세대 투명 유연 전자 소자 및 가스 배리어,센서, 필터 등의 개발에 큰 혁신을 줄 것으로 기대된다.
‘2차원 물질’ 이종합성의 난제 풀었다
어떤 형태로 그래핀의 탄소 원자들이 구성되어 있을까
육각형