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UNIST 이종훈 교수팀, 이차원 재료의 원자결함 형성기구 규명 및 단원자 수준 실시간 관찰 성공
이차원 신소재 개발의 가능성 열어
서울시민일보
▲ 이종훈 교수팀이 연구에 사용한 첨단 투과전자현미경을 배경으로 사진을 촬영했다. 왼쪽부터 이종영 연구원, 이종훈 교수, 류경희 연구원, 박효주 연구원이다. (사진제공=UNIST)     © 서울시민일보
UNIST(울산과학기술대학교) 이종훈 교수 연구팀은 세종대학교 홍석륜 교수 연구팀과 공동으로 대표적인 이차원 재료인 단원자 두께의 질화붕소(hBN; hexagonal Boron Nitride)에 전자빔을 조사하여 삼각형으로 결함이 형성되는 기구를 단원자 수준에서 실시간으로 관찰하는데 성공했다.

이는 원자 한 층에서 발생하는 결함의 형성 기구를 원자분해능 투과 전자 현미경 내에서 원자들을 추적해 가며 규명한 것이며, 계산물리학으로도 이 사실을 확증함으로써 물리학 및 재료과학의 융합 연구 수준을 진일보시킨 것으로 평가되고 있다. 향후 이차원재료의 구조 조절을 통한 이차원 신소재 개발의 가능성을 열었다.

이번 연구는 미래창조과학부에서 지원하는 나노·소재기술개발사업(총괄책임자: 세종대학교 그래핀연구소장 홍석륜 교수)의 제1세부(책임 자: KAIST 최성률 교수, 제1저자(공동) : UNIST 류경희, 박효주 연구원)과제의 일환으로 수행되었고, 영국 왕립 화학회 (Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 나노 분야 주요저널인 나노스케일(Nanoscale)에 6월 28일자(논문명 : Atomic-scale Dynamics of Triangular Hole Growth in Monolayer Hexagonal Boron Nitride under Electron Irradiation)로 게재되었다.

단원자층 두께의 이차원 소재인 질화붕소(hBN; hexagonal Boron Nitride)는 가벼운 붕소 원자와 질소 원자로만 이루어져 고분해능 투과 전자 현미경내에서도 원자 수준 관찰이 어려웠었다. 하지만 지속적인 이미징 기술 개발과 함께 계산과학을 통해 원자들까지 추적해가는 방법으로, 이차원 재료에서 발생하는 손상된 원자 구조 결함의 형성 기구를 밝혀낸 것이다.

이 연구를 통해 결함 발생시, 원자의 탈리뿐 아니라 재결합 현상이 발생하며, 개별 원자가 아닌 복수 원자가 함께 탈리가 일어난다는 것을 처음 확인하였다. 더 나아가 이 과정에서 붕소와 질소 원자들이 단원자 사슬을 만들면서 탈리된다는 것도 처음 발견하였다.

질화붕소는 그래핀과 유사한 벌집 모양의 원자 구조를 갖는 이차원 재료로서, 붕소와 질소의 두 가지 원소로만 이루어진 단원자 두께 물질로 다른 이차원 재료들과 결합하여 응용이 기대되는 차세대 소자 재료이다.

이종훈 교수는 “이번 연구로 이차원 재료에 바탕한 원자 수준 결함 연구와 새로운 물리 현상 규명을 통해, 이차원 신소재 개발의 기반이 될 수 있을 것이라 기대한다”고 말했다.
/ 서울시민일보 인터넷부 엄재성 기자 news@seoulnewspaper.com
기사입력: 2015/06/29 [16:52]  최종편집: ⓒ ihansung
 
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