UNIST 펑 딩 교수팀, 단결정 2차원 물질 합성 단면 이론 제시

그래핀 비롯, 2차원 소재 합성 기술 개발 도움

[연구진] 레이닝 짱 연구원, 펑 딩 교수, 펑 펑 연구원,
[연구진] 레이닝 짱 연구원, 펑 딩 교수, 펑 펑 연구원,

[헤럴드경제(울산)=이경길 기자] UNIST(울산과학기술원.총장 이용훈) 연구진이 새로운 기판 선택 기준을 내놨다.

UNIST는 신소재공학과 펑 딩(Feng Ding) 교수(IBS 다차원탄소재료 연구단 그룹리더)팀이 2차원 물질을 단결정 형태로 합성하기 위해 필요한 기판 선택 기준을 이론적으로 제시했다고 2일 밝혔다.

같은 물질이더라도 단결정 형태는 다결정 형태보다 품질이 우수하다. 이론 계산 결과에 따르면 기판 단면에 계단 모양 구조가 더 조밀한 고 밀러지수 기판이 2차원 물질을 단결정 형태로 합성하는 데 적합한 것으로 나타났다.

밀러 지수는 물질의 단면 모양을 수학적 기호로 표현한 것이다. 수박을 가로 또는 세로로 잘랐을 때 단면 모양이 다른 것처럼 원자가 차곡차곡 쌓인 구리 같은 금속 기판도 절단 방향에 따라 단면 모양이 달라진다. 단면을 대각으로 자른 고 밀러지수 면(high index surface)은 원자가 한 층씩 계단처럼 쌓인 구조(step edge)가 있다.

딩 교수 연구팀은 이전 연구를 통해 상업적으로 쉽게 구할 수 있는 저 밀러지수 기판보다 고 밀러지수 기판이 2차원 물질을 단결정 형태로 합성하는 데 적합하다는 사실을 알아낸 바 있다.

이번 연구에서는 계단 구조가 더 조밀한 고 밀러 지수 기판일수록 2차원 물질을 단결정 형태로 쉽게 합성할 수 있다는 사실을 밝혔다. 실제 기판은 이론과 달리 단면이 완벽하게 평편하지 못하고 울퉁불퉁 하기 때문이다. 표면이 울퉁불퉁해지면 계단 모서리가 직선이 아닌 구불구불한 곡선 형태를 띠는데, 계단 구조가 조밀하면 모서리 형태가 단결정 합성에 유리한 직선 형태에 더 가까워진다.

연구팀은 육방정계 질화붕소를 다양한 단면 모양을 갖는 고 밀러지수 구리 기판에 합성하는 컴퓨터 시뮬레이션을 해 이 같은 사실을 밝혀냈다. 시뮬레이션 결과는 그 간의 2차원 물질 합성 실험 결과도 잘 설명했다.

한편, 2차원 소재는 원자 하나 두께 수준으로 얇은 평판형 물질을 말한다. 강철보다 강하면서도 잘 구부러지는 그래핀이나 반도체 절연체 소재로 주목받는 육방정계 질화붕소 등이 대표적 2차원 물질이다.

연구수행은 기초과학연구원(IBS)의 지원을 받아 이뤄졌다. 연구결과는 소재분야 국제 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈에 7월 16일자로 출판됐다.


hmdlee@heraldcorp.com