울산과학기술원(UNIST)은 그래핀과 같은 2차원 신소재를 단결정 형태로 성장시키는 소재 합성 공식을 발견했다고 21일 밝혔다.
펑 딩 교수팀은 에피택시(Epitaxy) 합성에서 결정섬 모양 대칭성과 기판 표면 모양 대칭성 간 상관관계가 단결정 2차원 물질 합성에 영향을 준다는 것을 발견했다.
단결정은 물질 구성 원자의 배열이 규칙적이며 한 방향으로 배향된다. 배향이 다른 단결정 여러 개로 이뤄진 다결정보다 품질은 우수하지만, 상용화가 가능한 수준으로 크게 합성하기는 어렵다.
에피택시 합성법은 금속 기판 위에 듬성듬성 생긴 작은 결정 조각인 결정섬들을 이어 붙여 하나의 큰 단결정을 얻는 방법이다.
연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션 연구를 활용, 기판 표면 모양 대칭군이 결정섬 모양 대칭군 부분군이어야만 2차원 물질이 단결정 형태로 합성된다는 특별한 조건을 밝혀내는데 성공했다.
제안 이론은 과거 2차원 나노 물질을 대면적 단결정으로 합성한 여러 사례와 모두 일치했다.
펑 딩 교수는 “일반적으로 기판 표면 모양의 대칭성이 낮을수록, 기판 표면 모양의 대칭군이 결정섬 모양 대칭군의 부분군일 확률이 높아진다”며 “이는 표면 모양 대칭성이 낮은 기판을 이용해 2차원 단결정을 더 쉽게 합성할 수 있음을 의미한다"고 설명했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
