나노기술 및 정책 정보

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● 스페인 Institute of Photonic Sciences의 Frank H. L. Koppens 교수, 미국 Columbia University의 Cheng Tan 교수, James Hone 교수, 일본 NIMS의 Kenji Watanabe 박사, Takashi Taniguchi 박사 공동 연구팀이 빛을 사용하여 이중층 그래핀 상에서 전자 굽힘을 실험적으로 달성

● 재료에서 전자가 흐르는 방식이 전기적 특성을 결정하며, 자기장이 가해지면 전자는 전기장을 따라 직진하지 않고 구부러지며, ‘홀 반응’이라고 불리는 이러한 구부러진 전자 흐름은 횡방향으로 이어짐

● 연구팀은 자기장을 가하지 않고도 빛을 이용하여 전자를 구부릴 수 있는 방안을 고안

● 이중층 그래핀에는 두 개의 전자 골짜기 포켓(K, K')이 존재하며, 수직으로 전계가 적용되면 두 골짜기에 있는 전자의 양자적 특성으로 인해 전자를 반대 방향으로 구부러지게 할 수 있고, 그 결과 홀 반응은 사라짐

● 연구팀은 원형 편광의 자외선을 이중층 그래핀에 적용함으로써 전자 집단을 선택적으로 자극할 수 있었고, 이것은 일반적인 전자 흐름에 수직인 광 전압을 발생시킴

● 특히, 연구팀은 전류가 빛을 통해서만 흐를 수 있도록 장치와 설정을 설계하였으며, 이를 통해 측정에 방해되는 요소를 피할 수 있었고, 다른 어떤 2D 재료보다 몇 배 더 나은 감지 감도를 얻을 수 있었음.

● 또한, 이중층 그래핀은 매우 작은 밴드갭으로도 반금속에서 반도체로 변환될 수 있어 매우 작은 에너지의 광자 검출도 가능하고, 이러한 발견은 적외선과 테라헤르츠 감지에 응용할 수 있음

● 향후 연구팀은 이중층 그래핀과 같은 2D 재료에 초점을 맞춰 전자 흐름과 광전자 특성을 제어하는 새로운 방안을 찾을 예정

※ Science 게재(2022.03.24.), “Tunable and giant valley-selective Hall effect in gapped bilayer graphene”