나노기술 및 정책 정보

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● 미국 Columbia University의 Latha Venkataraman 교수 연구팀은 2.6nm(나노미터) 길이의 나노와이어를 개발했으며, 해당 나노와이어는 와이어 길이가 증가함에 따라 전도도 역시 증가하는 특성을 보유

● 지금까지 연구자들은 작은 크기, 뚜렷한 전자 특성으로 인해 단일 분자를 도선으로 사용하려고 노력해왔지만, 전자의 길이가 길어질수록 전자가 와이어를 통해 전달되는 효율은 기하급수적으로 감소했으며, 그러므로 전도성이 높은 분자 와이어를 만드는 것은 어려웠던 상황

● 이에 연구팀은 쌍을 이루지 않는 전자를 양쪽 끝에서 지지하는 분자와이어 설계를 연구

● 이러한 와이어는 가장자리를 통해 전도성이 높지만, 중심부를 절연하는 위상절연체(TI)와 1차원 유사물을 형성

● 가장 단순한 1차원 위상절연체는 말단 탄소가 라디칼 상태이며, 짝이 없는 전자를 지지하는 탄소 원자로만 구성되어있지만, 이러한 분자들은 매우 불안정함.

● 여기서 연구팀은 라디칼 상태인 말단 탄소를 질소로 대체하면 분자의 안정성이 높아지는 것을 확인했으며, 상온 조건에서도 작업이 가능

● 연구팀은 분자를 통해 전도성이 높아지게 하는 경로를 개발했고, 와이어 길이가 증가함에 따라 전도성이 증가하는 시스템을 달성하였으며, 1차원 위상절연체를 성질을 나타내는 비스(트리아릴아민) 분자를 설계하고 합성

● 측정 결과, 분자가 길수록 전도도가 높아져 와이어가 인간 DNA의 한 가닥 지름인 2.5nm(나노미터)보다 길 때까지 작동한다는 것을 확인

※ Nature Chemistry 게재(2022.07.07.), “Highly conducting single-molecule topological insulators based on mono- and di-radical cations”