"앞으로 다양한 종류의 저차원 물질의 물성측정 기술로 확대"

▲ 2차원 박막물질 복합구조로 제작된 그래핀 전자터널링소자·극저온, 고자기장 조건에서의 전자상태밀도 변화량 측정 결과. 자료=표준연

[일간투데이 이은실 기자] 국내 연구진이 미래의 전자소자로 주목받는 저차원(1∼2차원)계 신물질의 양자물성을 측정하는데 필요한 기반 기술을 개발했다.

한국표준과학연구원(이하 표준연)은 전자터널링분광법을 이용해 그래핀의 양자전기물성을 고정밀도로 측정하는 기술을 개발했다고 31일 밝혔다.

전자터널링분광법이란 양자역학적 성질인 전자터널링 현상을 이용해 에너지 변화에 따른 전자상태밀도(양자축전용량) 변화량을 정밀하게 측정하는 계측 방법이다.

이 기술은 표준연 양자측정센터 정수용 박사와 기초과학연구원 복잡계이론물리 연구단 박희철 박사 공동 연구팀이 개발했다.

이번 연구 성과는 소자제작기술과 측정기술의 최적화를 통해 전자터널링분광법의 정밀도를 극대화했다. 또, 개발된 측정법을 활용해 극저온·고자기장 조건에서 그래핀 양자축전용량을 고정밀도로 측정하는 것을 가능케 했다.

그동안 실리콘과 같은 3차원 물질이 전자소자로 사용됐다면, 최근엔 그래핀과 전이금속찰코제나이드 등 3차원 물질과 다른 물성을 보유한 2차원 물질이 주목 받고 있다. 전이금속찰코제나이드(TMDC)란 전이금속(몰리브덴, 텅스텐, 나이오븀 등)과 찰코젠(황, 텔레륨, 셀레늄)원소가 2차원계 박막형태로 결합돼 있는 단결정 물질로서 차세대 전기, 광학소재 물질로 각광 받고 있다.

2차원계 물질의 복합 물성에 관한 기초연구와 고정밀 측정기술 개발에 대한 필요성이 대두됐다. 하지만 기존의 터널링분광법 측정기술은 터널링 간극으로 사용되는 물질(진공·산화물)이 다양한 환경적 요소에 불안정하게 반응했다. 또, 2차원계 소자구조의 물리적 한계로 정확한 양자전기물성 측정이 어려웠다.

이에 연구팀은 전자터널링분광법을 이용해 단일막 및 이중막 그래핀에 대한 양자전기물성을 정확하게 측정하는데 성공했다.

정수용 표준연 양자측정센터 박사는 "이번에 개발된 이차원 복합구조 공정기술과 전자터널링분광법을 이용한 양자전기물성 측정기술은 응용분야가 광범위하다"며 "시연된 그래핀 물성측정 이외의 다양한 저차원 신물질의 양자전기물성 측정에 손쉽게 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.


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