이종석 GIST·박제근 서울대 교수팀 자기전기효과 입증…소재 기술 지평 확대
광주과학기술원(GIST·총장 김기선)은 이종석 물리·광과학과 교수팀이 박제근 서울대 물리천문학부 교수팀과 공동으로 원자층 두께 반데르발스 물질에서 강유전성과 반강자성이 동시에 나타나는 다강성 상태를 세계 최초로 발견했다고 15일 밝혔다.
반데르발스 물질계는 인접층 사이 약한 결합력으로 2차원 물리현상을 살펴볼 수 있다. 양자 전도 현상, 강유전성, 자성 등의 다양한 물성을 기반으로 한 전자소자로 활용할 수 있다. 가장 큰 장점 가운데 하나는 다양한 성질을 가지는 여러 물질을 원자층 단위로 적층함으로써 다기능성 나노소자를 구현할 수 있다는 점이다.
다강성 물질은 강유전성과 반강자성이 하나의 물질에서 동시에 나타나는 성질을 가지고 있다. 이러한 성질을 이용하면 차세대 전자소자로 개발할 수 있다. 이러한 다강성을 반데르발스 물질계 특히 원자층 두께에서 구현할 경우 다기능성 나노소자를 구현하는데 큰 기여를 할 것으로 예상된다.
연구팀은 원자층 두께 수준으로 얇은 반데르발스 물질 요오드화니켈에서 강유전성과 반강자성 정렬이 공존하는 다강성 상태가 발현됨을 제2차 고조파 생성 기술을 사용해 검증했다. 요오드화니켈 시료 원자층 단위의 두께 조절에 따른 물성 변화를 실험적으로 추적해 이 물질에서 다강성이 원차층 수준에서 존재한다는 것을 확인했다.
물리적 박리법과 제2차 조화파 검출법을 활용해 강유전성 상전이가 이원자층 두께까지 유지되고 자기장 인가를 통해 전기분극 크기를 조절, 다강성물질로서 자기전기효과를 입증했다.
이종석 교수는 “원자층 수준의 얇은 반데르발스 물질계에서 다강성을 보고한 첫 번째 연구 결과”라며 “반데르발스 물질을 활용한 다기능 소자의 구현에서 소재 기술 지평을 획기적으로 넓힐 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자 사업, 선도연구센터 사업, 리더연구자 사업 등의 지원을 받아 이뤄졌다. 미국화학회 저명 학술지인 '나노 레터스(Nano Letters)'에 최근 온라인에 게재됐다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
