DGIST, 자체기술 활용한 다중 밴드갭 관찰성공
DGIST 공동 연구팀이 원자 단위로 층을 이루는 물질에 밴드갭(전자의 전이가 허용되지 않는 구역)이 하나 더 존재할 수 있단 사실을 실험과 일차원리 계산을 통해 증명했다.

DGIST(총장직무대행 배영찬)는 동반진단의료기술융합연구실 김현민 연구팀(사진 왼쪽), 신물질과학전공 이재동 교수(사진 오른쪽)팀이 연세대 안종현 교수팀과 공동연구를 통해 원자적층구조 2차원 물질인 ‘이황화레늄(ReS2)’의 전도성 원자구조의 이온화 에너지 영역에 추가 밴드갭의 존재를 증명했다. 이온화 에너지(Ionization Energy) 는 바닥상태에 있는 원자 또는 분자에서 1개의 전자를 꺼내 1개의 양이온과 자유전자로 완전히 분리하는 데 필요한 에너지다.

지금까지 원자 단위 2차원 구조체의 이온화 에너지 영역 구조는 학계에서도 이론적으로만 예측했을 뿐 구조의 실질적인 규명은 어려웠다. 하지만 올해 초 DGIST 김현민 연구팀에서 개발한 ‘순간 2차 고조파 이미징 시스템’을 이용해 실제 구조를 관찰하게 되면서 이중 밴드갭의 존재 증명이 가능하게 됐다.

‘순간 2차 고조파 이미징 시스템’은 원자 단위로 층을 이루는 물질의 소리 움직임을 300나노미터의 고해상도로 이미징할 수 있는 시스템이다. 레이저 노이즈 분산 효과 측정의 감도를 높이고 적외선 대역의 탐침에너지를 이용해 가시광선 및 근자외선 에너지에 해당되는 전이밴드내의 전자의 이동을 초고속으로 관찰할 수 있게 돼, 연구 성공에 결정적인 역할을 했다.

DGIST 동반진단의료기술융합연구실 김현민 선임연구원은 “이번에 관찰된 이황화레늄 이외에도 다양한 원자 단위 구조체에 존재하는 다중 밴드갭 구조의 규명이 가능할 것으로 보인다”고 말했다. 또한 연구의 이론 계산을 담당한 DGIST 신물질과학전공 이재동 교수는 “이번 연구를 통해 다중 밴드갭을 관찰할 수 있게 되면서 추후 접합 구조체 밴드갭 관찰, 소자 집적도 향상 등 관련 연구에 큰 영향을 줄 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 세계적 학술지 네이쳐(Nature)의 광학 관련 자매지인 라이트사이언스앤드어플리케이션(Light: science and application, IF=13.6)의 11월 28일자 온라인판에 게재됐다 오경묵 기자 okmook@hankyung.com