나노기술 및 정책 정보

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그래핀은 독특한 결정격자 구조로 인해 많은 우수한 성능을 보유하고 있지만, 그래핀의 제로 에너지 갭 특징은 전자학 디바이스 분야에서의 그래핀 응용을 크게 제한하고 있는 상황임.

중국과학원 물리 연구소 산하 "베이징(北京, 북경) 응집물질물리 국가 연구 센터" 소속 "나노 물리 및 디바이스 중점 실험실" 연구원이며 중국과학원 원사(院士)인 까오훙쥔(高鴻鈞, 고홍균) 박사 연구팀은 최근 그래핀 및 그래핀 유형 2차원 원자 결정체 소재 제조, 물질 특성 조정 제어 및 응용 등 분야에 대한 연구를 수행하여 중요한 혁신 성과 보임.

연구팀은 분자 빔 외연 성장 방법을 이용하여 다양한 대 면적, 고품질의 그래핀 및 그래핀 유형 2차원 원자 결정체 소재를 개발하였는데 예를 들면 외연 그래핀, 1/3 수소화 그래핀, 실리센(Silicene), 게르마일렌(Germylene), 디셀렌화 백금(platinum disselenide), 구리 셀레늄 2차원 원자 결정체 등이 포함되고 있음.

연구팀은 관련 연구를 통해 그래핀의 다양한 품종 단일 품질 원소의 삽입 층을 실현하고, 단결정 표면상에서 그래핀 삽입 층의 보편적인 메커니즘을 해석하였으며, 공기 속에서 안정적인 실리센(Silicene)/그래핀 이종 접합 등을 구축하였음.

서로 다른 퇴적 방식 의 이중 층 그래핀은 풍부하고 기이한 물리적 특성을 보유하고 있기 때문에 높은 관심을 받고 있으며, 그 중에서 AB 퇴적의 이중 층 그래핀은 단일 층 그래핀의 우수한 특성을 보유할 뿐만 아니라 2개 층 그래핀의 반전 대칭성을 파괴한 상황에서 비(非) 제로 에너지 갭을 유도하여 전자학 및 광전자학 디바이스 분야에서의 응용을 추진하고 있음.

이중 층 그래핀의 에너지 갭 오픈은 외부 추가 전기 필드, 응력 혹은 2개 층 그래핀 표면 흡착 원자/분자를 통해 구축한 전위차(potential difference) 등 방식으로 실현되는데 연구팀은 이론 계산을 통해 두 가지 다른 방식을 결합시켜 더욱 큰 에너지 갭을 실현할 수 있다는 점을 입증함.

다른 방식의 협동을 통해 이중 층 그래핀 중의 비교적 큰 에너지 갭 오픈은 그래핀 응용에서 중요한 의미를 보유하고 있음.

최근 연구팀은 대 면적, 고 품질 AB 퇴적 이중 층 그래핀에 대한 제어 가능한 제조 및 에너지 갭에 대한 조정 제어 관련 연구에서 혁신적인 성과를 보임.

연구팀은 이번 연구를 통해 그래핀 에너지 밴드 구조를 조정하고 제어할 수 있는 새로운 방법을 제공하였는데 동 방법은 기능 그래핀 디바이스 개발에서 중요한 의미를 보유하고 있음.

본 연구 성과는 Nano Letters ("Sizable Band Gap in Epitaxial Bilayer Graphene Induced by Silicene Intercalation")에 게재됨.