나노기술 및 정책 정보

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● 중국 홍콩이공대학교의 슈핑로우 교수, 중국 인민대학교의 지웨이 교수, 영국 University of Cambridge의 Manish Chhowalla 교수 공동연구팀이 간단한 원스텝 화학기상증착법(CVD)을 개발하여 SiO₂ 기판 위에 비틀림 없이 에피택셜 MoS₂/WS₂ 이중 헤테로 구조체를 성장시켜 OOP(Out-of-Plane) 압전성과 강유전성을 구현

● 2차원 소재를 쌓아 흥미롭고 유용한 특성들을 다양하게 구현할 수 있으며, 이를테면 2차원 소재를 쌓아서 비틀면 압전성 및 강유전성 구현이 가능

● 과학자들은 이론적 연구와 실험을 통해 전이금속 디칼코게나이드(TMDC) 합금이 헤테로 구조 혹은 비틀림 적층을 형성하였을 때 압전성 혹은 강유전성을 나타낸다는 것을 발견하였으며, 이러한 특성은 모아레 초격자(moiré superlattices) 및 전자 혼성구조를 형성하거나 혹은 결정체 대칭성을 파괴하는 원자 수준의 얇은 박막층간 슬라이딩 작용에 기인

● 그러나 에피택셜 수직 헤테로 구조의 2차원 TMDC가 비틀림 없이 OOP(Out-of-Plane) 압전성과 강유전성을 나타내는지 여부는 아직까지 밝혀진바 없었던 상황

● 실험 결과에 의하면 이 이중 헤테로 구조체의 압전상수 d33은 1.95~2.09pm/V로 싱글 In₂Se₃의 OOP 압전상수의 6배에 달함.

● 특히, 연구팀은 MoS₂/WS₂ 이중 헤테로 구조의 분극 상태를 변화시켜 강유전체 터널 접합 장치의 터널 전류를 약 세 자릿수까지 변조 가능함을 증명하였으며, 연구 결과는 밀도범함수이론과 일치

● 해당 연구는 비틀림각 혹은 모아레 도메인(moiré domain)이 필요 없이 대칭성 파괴 및 박막층간 슬라이딩을 통해서도 예상하지 못한 특성을 구현할 수 있다는 것을 제시

※ 용어설명

- 모아레(Moiré): 2개의 규칙적인 강도 분포를 겹쳤을 때 둘의 공간 주파수의 차에 의해 생기는 굵은 줄무늬

※ Science 게재(2022.05.26.), “Ferroelectricity in untwisted heterobilayers of transition metal dichalcogenides”