나노기술 및 정책 정보

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스웨덴의 찰머스 공과대학교(Chalmers University of Technology) 연구팀이 "마법"화학 물질을 사용하여 2 차원 물질의 가장자리를 제어하는 ​​방법을 제시하는 연구를 발표했음. 개발된 방법을 사용하면 쉽고 확장 가능한 방식으로 가장자리를 원자 단위로 제어할 수 있음. 과산화수소와 같은 풍부하고 환경 친화적인 화학 물질과 함께 온화한 가열만 하면 됨. 단일 원자층만큼 얇은 물질을 2 차원 또는 2 차원 물질이라고 함. 가장 잘 알려진 예는 그래핀과 반도체 유사체인 이황화 몰리브덴임. 해당 분야의 향후 개발은 이러한 재료에 내재된 특정 특성인 가장자리를 연구함으로써 이익을 얻을 수 있음. 가장자리를 제어하는 ​​것은 2D 재질의 본체와 매우 다르기 때문에 어려운 과학적 문제임. 예를 들어, 전이금속 디칼코게나이드(앞서 언급한 이황화 몰리브덴과 같은 TMD로 알려짐)에서 발견되는 특정 유형의 에지는 자기 및 촉매 특성을 가질 수 있음. 일반적인 TMD 재료에는 지그재그 또는 안락의자로 알려진 두 가지 유형으로 존재할 수 있는 가장자리가 있음. 이 두 유형은 매우 다르기 때문에 물리적 및 화학적 특성이 전혀 동일하지 않음. 예를 들어, 계산에 따르면 지그재그 가장자리는 금속성 및 강자성인 반면 안락의자 가장자리는 반도체성이며 비자성임. 물리적 특성의 이러한 놀라운 변화와 유사하게 지그재그와 안락의자 가장자리의 화학적 특성도 매우 다를 것으로 예상할 수 있음. 그렇다면 특정 화학 물질은 안락의자 가장자리를 녹이고 지그재그 가장자리는 영향을 받지 않을 수 있음. 이제 그러한 마법 화학 물질은 Chalmers 연구자들이 발견한 것과 정확히 일치함. 일반적인 과산화수소의 형태임.

한 가지 유형의 가장자리가 다른 유형보다 우세했을 뿐만 아니라 그 결과 가장자리가 거의 원자적으로 날카로움. 이는 '마법'화학 물질이 소위 자기 제한 방식으로 작동하여 원자별로 원치 않는 물질을 제거함. 그 결과 패턴은 원래 TMD 재료의 결정학적 방향을 따라 아름답고 원자적으로 날카로운 육각형 나노구조를 생성함.

표준적인 하향식 리소그래피 방법과 새로운 이방성 습식 에칭 공정의 조합을 포함하는 새로운 방법은 2 차원 재료에서 완벽한 에지를 생성할 수 있게 함. 이 방법은 van der Waals 재료(레이어드 2D 재료)에 대한 새롭고 전례없는 가능성을 열어줌. 이제 에지 물리학과 2D 물리학을 하나의 재료에서 결합됨.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ (“Transition metal dichalcogenide metamaterials with atomic precision”) 지에 게재됨