연세대 김관표 교수팀, 새로운 구조의 4-6족 칼코겐 화합물 구현
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연세대 김관표 교수팀, 새로운 구조의 4-6족 칼코겐 화합물 구현
  • 대학지성 In & Out 기자
  • 승인 2021.05.11 17:05
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- 이론으로만 예측된 육각형 결정 구조의 4-6족 칼코겐 화합물 합성
- 나노 분야 세계적 학술지 ‘Nano Letters’ 게재
연세대학교 물리학과 김관표 교수

연세대학교 물리학과 김관표 교수 연구팀은 이론으로만 예측된 새로운 구조의 4-6족 층상 칼코겐 화합물(group IV-VI monochalcogenide)을 실험을 통해 실제로 합성해 학계에 보고했다.

4-6족 칼코겐 화합물 그룹은 예전부터 다양한 구조의 화합물이 존재할 것으로 기대됐으나, 새로운 화합물 구조에 대한 실제 발견은 흔치 않았다. 연구팀은 4-6족 단일 칼코겐 그룹에서 육각형 결정 구조의 화합물을 최초로 구현했으며, 칼코겐 물질의 구조 제어 및 응용 연구에 새로운 길을 열었다.

4-6족 단일 칼코겐 화합물들은 원자층들이 겹겹이 쌓인 층상 구조를 갖고 있으며, 기존 칼코겐 화합물에서는 주름진 모양의 층을 갖는다는 점이 알려져 왔다. 이런 층상 구조들은 반도체 및 상변화 메모리 소자 분야에 높은 응용성으로 최근 각광받고 있다. 비슷한 주름진 층상 구조를 갖는 흑린(black phosphorus)은 차세대 반도체 물질로 주목받고 있으며, 칼코겐 화합물의 경우 다양한 구조를 가질 수 있다는 점을 이용해 상변화 메모리 소자에 사용되고 있다.

김관표 교수팀은 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 방법으로 4-6족 화합물인 게르마늄 셀레나이드(GeSe, Germanium Selenide)의 세 번째 다형체(polymorph)를 최초로 합성하는 데 성공했다. 최신 전자현미경 분석법을 총동원해 새로운 물질 구조 분석을 성공적으로 이뤄냈으며, 기존 4-6족 화합물에서 볼 수 없었던 육각형 구조와 더불어 원자 4층 두께의 층 구조(quadruple-layer)를 갖고 있음을 처음으로 밝혀냈다. 또한 새로이 합성된 게르마늄 셀레나이드 화합물은 매우 높은 전기적 전도성을 가지고 있음을 확인했다.

연구팀은 “4-6족 칼코겐 화합물의 육각형 결정 합성에 대한 우리의 첫 번째 실험적 구현이 새로운 유형의 칼코겐 다형체(polymorph) 발견과 더불어 강전 및 열전 응용에 대한 다양한 기초 연구의 기반을 마련할 것”이라고 본 연구의 의미를 설명했다.

연세대 물리학과 이솔, 정중언 통합과정생이 주도한 본 연구 성과는 나노 분야 세계적 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters, IF=11.238)’에 5월 10일(현지시간) 게재됐으며, 한국연구재단의 선도연구센터 지원사업(반데르발스 물질 연구센터) 및 신진연구 지원사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

논문명: γ-GeSe: a New Hexagonal Polymorph from Group IV–VI Monochalcogenides

새로 규명된 게르마늄 셀레나이드 합성물을 형상화한 그림. 평면구조를 위에서 봤을 때 육각형 구조를 보이며, 옆에서 보았을 때는 원자 4층 단위의 층상구조를 갖는다.

 


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