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| 흑린 응용의 가장 큰 걸림돌인 흑린의 성능저하 원리를 규명하고 근본적 해결책을 제시한 이연진·김태경 교수팀 연구는 국제학술지 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie)’에 3월 11일 출판됐다.(자료제공=연세대 이연진 교수 연구팀) |
한국연구재단(NRF)은 연세대학교 물리학과 이연진 교수, 한국외국어대학교 김태경 교수 공동 연구팀이 흑린 응용의 가장 큰 걸림돌인 흑린의 성능저하 원리를 규명하고 근본적 해결책을 제시했다고 11일 밝혔다.
흑린은 독특한 원자 배열을 가진 인(P) 원소만으로 이루어진 물질이며, 그래핀처럼 2차원 박리가 가능하며, 전기적‧광학적 성질이 매우 우수하다.
그러나 흑린은 밴드갭(전기전도성 결정 에너지 준위 차)을 조절해 전류 제어가 가능하므로 전자소자 제작이 용이하다는 장점도 있지만 공기 중 산소와 수분에 취약한 불안정성으로 인해 물성 연구와 응용에 어려움을 겪고 있다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 흑린의 성능저하를 결정하는 핵심 물리량이 전자 밀도임을 규명하고, 이를 제어해 성능저하를 방지할 수 있음을 규명했다.
연구과정에서 흑린은 두께에 따라 밴드갭이 변화하는데, 연구팀은 이 독특한 물리적 성질이 성능저하와 깊은 연관성이 있을 것으로 예상해 공기 중 산소, 수분과 반응해 흑린의 표면 성질이 변화함을 원자간력 현미경으로 정밀하게 측정했다.
이 연구결과에 의하면, 일반적인 예상과는 반대로 여덟 층 이상의 두꺼운 흑린이 두 층의 얇은 흑린보다 빠른 성능저하가 발생했다.
특히 이번에 개발된 이론적 모델은 흑린이 두꺼울수록 밴드갭이 작아지고 전자 밀도는 커지는 등 산소‧수분과의 화학반응이 가속되는 것을 확인했다.
이연진 교수는 “향후 흑린의 표면 전자밀도를 제어하여 전기적 특성뿐 아니라 안정성 또한 향상시킨 전자소자를 제작할 계획”이라고 말했다.
이 연구는 교육부‧과학기술정보통신부‧한국연구재단 기초연구사업의 지원으로 수행됐고, 국제학술지 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie)’에 3월 11일 출판됐다.
