연세대는 김관표 물리학과 교수가 이끈 국제 공동 연구팀이 실리콘 게르마늄 칼코겐 화합물로 이뤄진 1차원적 결정질 유리 구조를 구현했다고 1일 밝혔다.
김 교수팀은 알렉스 제틀 UC버클리 교수팀과 협력해 나노튜브 합성 템플릿 내부에 1차원 실리콘 및 게르마늄 칼코겐 화합물 반도체 구조를 구현했다. 우 저우 중국과학원대(UCAS) 교수팀과 연세대 기초과학연구원 나노의학연구단의 초고분해능 투과전자현미경을 이용해 1차원 체인 물질의 원자 구조 및 성분을 분석했다.
연구팀은 원자 단위 이미징을 통해 세상에서 가장 얇은 1나노미터(㎚) 두께의 실리콘 게르마늄 칼코겐 화합물 체인 구조를 밝혀냈다. 이 나노튜브 내부에 합성된 1차원 실리콘 칼코겐 화합물은 외부 환경에 노출돼도 매우 안정적이었다.
실리콘, 게르마늄, 황(S), 셀레늄(Se)을 혼합한 1차원 체인 구조체를 합성해, 1나노미터 수준에서 합금 체인의 조성비를 조절할 수 있음을 실험적으로 입증했다. 마빈 코헨 UC버클리 교수팀은 제일원리 계산으로 1차원 체인을 구성하는 원소들의 조성비 변화를 통해 물질의 밴드갭을 폭넓게 조절할 수 있음을 확인했다.
대표적인 유리 물질인 산화규소(SiO2)처럼, 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge) 칼코겐 화합물은 사면체 사이의 결합 방식에 따라 다양한 구조체를 형성할 수 있다. 이런 물질들은 공기 중에서 불안정하기 때문에 화합물 구조를 제어하는 데 어려움이 있었다.
김 교수 연구팀은 “이번 연구는 원자 수준에서 사면체 구조의 결합 방식과 조성을 정밀하게 제어할 수 있음을 실험적으로 구현했다”며 “나노튜브 합성 템플릿을 이용한 새로운 저차원 나노물질에 대한 다양한 응용 가능성이 기대된다”고 설명했다.
이번 연구는 한국연구재단의 박사후 국외연수, 세종과학펠로우십, 중견연구자지원사업, 기초과학연구원 나노의학연구단, 연세대 박사후 연구원 지원사업 등의 지원으로 수행됐다. 이양진 연세대 물리학과 박사와 최영우 UC버클리 물리학과 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 나노과학 분야 학술지 'ACS Nano(IF 15.8)'에 지난달 26일 온라인 게재됐다.
이지희 기자 easy@etnews.com
