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중국과학원 푸젠(福建) 물질 구조 연구소 산하 "구조 화학 국가 중점 실험실" 소속 "무기 광전기 기능 결정체 소재 연구 그룹" 뤄쥔화(羅軍華) 연구원 연구팀은 자체 구동의 자외선 광전기를 이용하여 탐사 측정이 가능한 2차원 3개 층의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 납 염소 강유전체(Ferroelectrics) 소재를 개발하는데 성공.

자외선 광전기 탐사 측정은 군사 분야와 의료, 환경 등의 분야에서 폭넓게 응용되고 있지만 지금까지는 모두 외부 추가 전압이 존재해야만 작동이 가능하기 때문에 광전기 디바이스의 편리한 휴대, 에너지 절약 등의 성능을 가지도록 하는 면에서 큰 제한을 받고 있었음.

전통적인 무기 강유전체에 비해 유무기 하이브리드 페로브스카이트 강유전체는 훨씬 다양한 물리 화학적 특성을 가지고 있으나 하이브리드 페로브스카이트 강유전체에 기반한 자체 구동 자외선 광전기 탐사 측정 관련 연구는 풀어야할 많은 과제가 있음.

연구팀은 이번 연구를 통해 관련 화합물 속에 존재하는 뒤틀어져 있는 무기 8면체와 유기 양이온의 순차적인 협동 유도를 통해 화합물 강유전체의 자발적인 극화를 실현하였음. 관련 분석을 통해 동 화합물의 밴드 갭은 3.39eV 수준임을 밝힘. 강유전체의 자발적인 극화에 기반하여 자체 구동 자외선 광전기 탐사 측정을 하였는데 동 강유전체 단락 전류(short circuit current)는 18.6μA/㎠ 수준으로 전통적인 무기 강유전체 단락 전류 수준을 훨씬 초월한다는 점을 발견하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 와이드 밴드 갭 강유전체 소재 디자인을 위한 새로운 전략을 제시하였을 뿐만 아니라 자체 구동 자외선 광전기 탐사 측정 분야에서의 유무기 하이브리드 페로브스카이트 강유전체 소재 응용 연구를 위해 중요한 기술 기반을 구축하였음.

본 연구 성과는 ‘Journal of the American Chemical Society’ ("Trilayered Lead Chloride Perovskite Ferroelectric Affording Self-Powered Visible-Blind Ultraviolet Photodetection with Large Zero-Bias Photocurrent")지에 게재됨.