나노기술 및 정책 정보

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오스트리아 빈 대학교(TU Wien) 연구팀이 발사체가 모든 층을 관통하더라도 특정 재료층은 매우 정밀하게 천공되고 다른 층은 완전히 손대지 않은 상태처럼 멀쩡하게 남아 있도록 하는 기술을 개발함. 이는 마치 총알을 쏘아 바나나를 관통시켜 껍질에는 총알구멍이 생기지만 바나나 속은 멀쩡한 상태로 남아 있는 것에 비유될 수 있음. 이것은 고 하전 이온의 도움으로 가능함. 예를 들어 새로운 2D 재료 시스템의 표면에 특정 금속을 고정한 다음 촉매 역할을 하도록 하여 선택적으로 처리하는 데 사용할 수 있음.

여러 초박막 층으로 구성된 재료는 흥미로운 새로운 재료 연구 분야로 간주됨. 탄소 원자의 단일 층으로 만 구성된 고성능 재료 그래핀이 처음 생산된 이후로 많은 새로운 초박막 재료가 개발되었으며, 종종 유망한 새로운 특성이 발견됨. 연구팀은 그래핀과 이황화 몰리브덴의 조합을 조사했음. 두 층의 물질이 접촉한 다음 약한 반데르발스 힘에 의해 서로 접착되어 매우 좋은 전도체인 그래핀과 반도체인 이황화 몰리브덴의 조합은 새로운 유형의 데이터 저장 장치 생산에 흥미로울 수 있음. 더욱이 특정 응용 분야의 경우 재료의 형상을 나노미터 단위로 특수하게 처리해야함. 예를 들어 원자 유형을 추가하여 화학적 특성을 변경하거나 표면의 광학적 특성을 제어하기 위해 이러한 처리가 필요함. 전자빔이나 기존의 이온빔으로 표면을 수정할 수 있으나 이종의 2 층 시스템에서 레이어 중 하나만 수정이 필요한데 이들 빔은 항상 동시에 영향을 미치는 문제가 있음. 이온 빔을 사용하여 표면을 처리할 때 일반적으로 이온의 충격력으로 재료에 영향을 미치지만 연구팀은 상대적으로 느린 이온을 사용하였음. 이온빔에 있는 두 가지 다른 형태의 에너지를 구별해야함. 한편에는 이온이 표면에 충돌하는 속도에 따라 달라지는 운동 에너지가 있고, 다른 한편으로는 이온의 전하에 의해 결정되는 위치 에너지가 있음. 일반적으로 이온 빔, 운동 에너지가 결정적인 역할을 하지만 연구팀에게는 위치 에너지가 중요했음. 운동 에너지는 층 시스템을 관통 할 때 두 재료 층을 모두 관통하지만, 위치 에너지는 층간에 매우 고르지 않게 분포 될 수 있음. 특히, 고 하전 이온은 이황화 몰리브덴과 매우 강하게 반응함. 따라서 이 층에 도달하는 고 하전 단일 이온은 수십 또는 수백 개의 원자를 제거 할 수 있어 전자 현미경으로 매우 명확하게 볼 수 있는 홀을 만들게 됨.

본 연구 성과는 ‘ACS Nano’ ("Atomic-Scale Carving of Nanopores into a van der Waals Heterostructure with Slow Highly Charged Ions") 지에 게재됨