작성일 : 21-01-03 15:48
원자력연 김기연 박사를 중심으로 오인환 박사, 박가람 박사, DGIST(대구경북과학기술원)의 유천열 교수, 김준서 박사 등 공동연구팀, 유무기 할로겐 페로브스카이트 활용 , 그래핀 처럼, 2차원 자성체 만드는 법 알아냈다
 글쓴이 : happy
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그래핀 처럼, 2차원 자성체 만드는 법 알아냈다

  •  길애경 기자
  •  
  •  승인 2020.12.08 13:45
 

원자력연, 유무기 할로겐 페로브스카이트 활용
10~20나노미터 두께의 초박막 균일하게 제조

유기용매 안에서 유무기 할로겐 페로브스카이트가 화학적으로 박리되는 모습.[사진= 한국원자력연구원]
유기용매 안에서 유무기 할로겐 페로브스카이트가 화학적으로 박리되는 모습.[사진= 한국원자력연구원]
국내 연구진이 자성을 띄는 새로운 종류의 2차원 물질을 만들 수 있는 방법을 발견했다. 2차원 물질은 단원자 두께를 갖는 물질로 흑연으로부터 원자 한층을 박리한 그래핀이 대표적이다.

한국원자력연구원(원장 박원석)은 김기연 박사를 중심으로 오인환 박사, 박가람 박사, DGIST(대구경북과학기술원)의 유천열 교수, 김준서 박사 등 공동연구팀유무기 할로겐 페로브스카이트로부터 수원자층 두께의 2차원 자성체를 만들어 내는 방법을 개발했다고 8일 밝혔다.

그래핀이 얇으면서 열과 전기를 잘 전달해 꿈의 소재로 불리는 것처럼 자성을 가진 2차원 페로브스카이트 결정체 역시 다양한 분야에 폭넓게 사용할 수 있다.

연구팀은 자성을 띄는 전이금속이 포함된 무기물 층과 페닐에틸암모늄 유기물층이 겹겹이 쌓인 2차원 유무기 페로브스카이트 결정체를 만들었다. (화학식 A₂BX₄, A:유기물 양이온, B:전이금속 양이온, X: 할로겐 음이온)

이어 연구팀은 결정체를 특수하게 조합한 유기 용매에 녹여 결합을 끊어낸 후 실리콘 기판에 떨어뜨려 고속 회전시켜 스스로 구조를 형성하는 자기 조립 방식으로 7~10겹의 초박막을 만들어냈다. 이는 자성을 갖는 10~20 나노미터 두께의 초박막을 비교적 균일하게 만들수 있다.

그동안은 박막은 나노입자의 표면 압력을 조절해 원하는 배열 단층으로 제작하는 랭뮤처-블라젯 기법(미 화학자 어빙 랭뮤어와 캐서린 블라젯 개발)이 많이 사용돼 왔다. 하지만 이는 나노미터 두께의 2차원 유무기 할로겐 페로브스카이트 결정체를 만들수 있지만 자성을 유지하는 2차원 결정체를 합성하는데 성공하지 못했다.

김기연 박사는 기존 기술이 수용액을 사용하면서 물질의 자성이 사라지는 게 아닐까라고 의구심을 가졌다. 이를 바탕으로 공동연구를 추진, 초박막 자성체를 만드는 방법을 개발했다.

2차원 자성체는 첨단 신소재로 스핀트로닉스처럼 자성을 사용하는 분야에서 활발한 연구가 진행되고 있다. 스핀트로닉스는 전자의 스핀과 전자공학의 합성어로 전자의 전하가 아닌 스핀을 활용, 제어할 수 있다.

김기연 박사 "이번 연구 결과를 시작으로 원자 한개 층의 자성체를 만드는데 도전할 것"이라면서 "고효율, 고집적, 초경량 스핀트로닉스 분야에 사용할 새로운 물질로 자리매김할 수 있도록 심도있는 후속 연구를 추진하겠다고"고 말했다. 

이번 연구결과는 나노과학 분야 국제 학술지 '스몰(Small)'의 온라인판에 표지 논문으로 게재됐다.