나노기술 및 정책 정보

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도쿄(東京)도립대학 이학연구과 물리학전공, 산업기술종합연구소(AIST) 극한기능재료연구부문 등의 공동 연구그룹이 원자 3개 정도의 박막 구조를 갖는 ‘전이 금속 모노 칼코게나이드(Transition Metal Mono Chalcogenides, TMC)’의 새로운 합성 기술을 개발하고, 대면적 박막의 합성과 그 원자 세선(細線)의 다발 모양 구조 등의 형성, 광학 응답·전기 전도 특성을 최초로 규명함. 연구팀은 지금까지 개발해온 원료(전이 금속과 칼코겐 원소)를 기상으로 기판에 공급하는 ‘화학 기상 증착법’을 이용했으며, 이 방법으로 성장 조건을 조사하고 센티미터 크기 기판 위에 TMC 원자 세선이 수십~수백 개 집적되어 만들어진 나노 섬유로 이루어진 네트워크 형 박막을 합성하는 데 성공함. 또한, 기판 표면의 결정 구조를 이용하여 나노 섬유가 한 방향으로 배향된 박막을 얻을 수 있음을 확인함. 개별 TMC 원자 세선과의 집적체가 높은 결정성을 갖는 것 외에도 나노 와이어가 평면으로 배열된 단층·2층 시트, 높이 방향으로도 세선이 집적된 3차원적 다발 구조를 형성하는 것을 발견함. 이 TMC 원자 세선의 빛 산란을 측정한 바, 1차원적 구조를 반영한 광학 응답을 나타내는 것을 확인했으며, 이러한 세선이 모인 다발과 그 네트워크상형 박막이 높은 전기 전도성과 낮은 온도에서 전기 저항 감소 등 금속으로서의 성질을 나타내는 것을 실험적으로 규명하여 제1원리 전자 상태 계산 예측과 일치하는 것을 확인함. 이러한 미세 나노 세선 다발 및 박막을 사용함으로써, 1차원에 갇힌 전자의 특수한 성질 규명과 제어, 미세 배선 및 투명하고 유연한 전극, 매우 작은 전력으로 움직이는 전자 디바이스·센서, 고효율 에너지 변환 소자 등에 응용될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Nano Letters’ (“Wafer-Scale Growth of One-Dimensional Transition-Metal Telluride Nanowires”) 지에 게재됨.