성균관대학교(총장 신동렬)는 에너지과학과 양희준 교수 연구팀이 2차원 적층 소재에 존재하는 슈타르크 효과를 활용해 양자역학적 밴드갭 제어 및 초절전 트랜지스터를 개발했다고 밝혔다.
연구팀은 기존의 실리콘 기반 소재에 활용되던 광학적, 전기적 방법은 원자층 두께의 2차원 소재에 존재하는 여러 양자역학적 상호 작용 및 밴드갭을 정확하게 규명할 수 없다는 이슈에 주목했다. 최근 활발히 연구되고 있는 2차원 소재 기반 소자들은 근사적이고 이론적인 물성에 의존한 불완전한 연구가 진행 중이었다.
연구팀은 원자 격자 각도 제어를 통한 시료 적층 공정 및 양자역학적 공명 터널링 현상을 활용해 기존 분광학적 방법으로는 측정할 수 없는 2차원 반도체 소재의 전기적 특성을 정확하게 측정할 수 있었다.
본 연구에 적용된 슈타르크 효과(Stark effect)는 1914년 요하네스 슈타르크에 의해 보고된 후 1919년 노벨물리학상을 받았으나, 지금까지 전기적 방법으로 소자 단위에서 측정 및 규명된 바 없었다. 이 연구는 슈타르크 효과가 크게 발현될 수 있는 2차원 적층 구조에서 전기적 방법으로, 직접 슈타르크 효과를 관측 및 활용한 최초 연구라는 의미가 있다.
양희준 교수는 “이번 연구는 기초물리학 연구를 통해 4차 산업혁명을 대비하는 핵심 미래 소자로 주목받는 2차원 소재 기반 소자의 정확한 동작 설계와 공정 방향을 제시했다”고 밝혔다.
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