이차원 나노 물질에서 전하 빨리 움직이는 이유 찾아

2016.05.16 18:00

 

연구진은 황화몰리브덴(MoS2)과 이황화텅스텐(WS2)이 접합된 이차원 나노 물질이 빛을 받으면 활성화된 정공(h)이 양자역학적으로 두 물질에 동시에 존재하다가 안정한 이황화텅스텐으로 이동한다는 사실을 규명했다. - 한국기초과학지원연구원 제공
연구진은 황화몰리브덴과 이황화텅스텐이 접합된 이차원 나노 물질이 빛을 받으면 활성화된 정공(h)이 양자역학적으로 두 물질에 동시에 존재하다가 안정한 이황화텅스텐으로 이동한다는 사실을 규명했다. - 한국기초과학지원연구원 제공

 

작은 원자가 한 겹으로 배열돼 있는 이차원 나노 물질이 차세대 반도체 소자 물질로 주목받고 있다. 한미 공동 연구진이 이 물질에서 전하가 빠르게 움직이는 원리를 규명해 소자 개발을 위한 이론적 기반을 다지는 데 성공했다.

 

방준혁 한국기초과학지원연구원 연구장비개발사업단 스핀공학물리연구팀 선임연구원 팀은 미국 렌셀러 폴리테크닉대와 공동으로 이황화몰리브덴(MoS2)과 이황화텅스텐(WS2)이 접합된 이차원 나노 물질 사이에서 전하의 빠른 이동 원인을 규명했다고 16일 밝혔다.

 

일반적으로 이종 접합된 이차원 물질 사이는 간극이 넓어 전하이동 속도가 매우 느릴 것으로 예상됐다. 하지만 실험 결과는 전하이동 속도가 매우 빠르게 나타나 과학자들은 원인을 궁금해 했다.

 

연구팀은 두 물질의 접합 구조에서 양자역학적 중첩 효과 때문에 전하가 빠르게 움직인다고 설명했다. 이황화몰리브덴을 빛으로 자극하면 활성화된 전자와 전자의 빈자리인 정공이 생기는데, 활성화된 전자는 그대로 머물지만 정공은 이황화몰리브덴과 이황화텅스텐에 양자역학적으로 동시에 존재하다가 상대적으로 안정한 이황화텅스텐으로 이동한다는 사실을 확인했다. 즉 정공이 양쪽에 동시에 존재하는 양자역학적 현상이 원인이라는 것이다.

 

방 연구원은 “이번에 발견한 원리는 향후 이차원 물질 연구개발뿐만 아니라 광합성, 물 분해 과정 등 생명 및 화학 현상 연구에 있어서도 크게 기여할 것”이라고 말했다.

 

연구결과는 ‘네이처’ 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 10일자 온라인판에 실렸다.

 

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