2차원 물질 twist 미세 조정

 

2차원 물질은 그 중요성이 점점 늘어나고 있다. 반도체, 베터리를 비롯한 모든 분야에서 혁신을 일으킬 수 있는 열쇠로 간주된다. 그런 2차원 물질을 매우 작은 스케일에서 원하는 방식으로 조작하기 위한 기법 중 하나가 최근 개발되었다. 이 덕분에 van der Waals superlattices를 제작하기 위해 요구되는 정밀한 포지셔닝, 회전, 조작이 가능하게 됨으로써, van der Waals materials의 전자기적 및 양자적 특성을 미세 조정 할 수 있게 되었다.

 

2차원 물질의 경우, 각 층의 각도가 서로 어떤 식으로 정렬되었는지에 따라 전기적 특성이 상이하다. 예를 들어, 2D crystals의 층을 twisting함으로써 시스템 내 전자의 움직임을 조절하거나 fractal quantum Hall effect, 초전도성 등의 다양한 특성을 부여할 수 있다. Twistronics란 이러한 twist 각도에 따른 물질의 특성을 연구하고 인위적 조작을 통해 원하는 특성을 구현해내는 기술 분야다. 이렇게 2차원 물질의 기계적, 광학적, 전기적 특성을 원하는 방식으로 구현함으로써 우리는 상황에 따라 필요한 물질을 생산해낼 수 있게 된다.

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그래핀, 이황화몰리브덴, 흑린 등 다양한 2차원 물질들이 개발되어왔다. 2차원 물질은 기존의 재료와는 차별되는 특수한 물성치를 지니고 있다. 나아가 2차원 물질의 복합화를 통해 Heterostructures를 제작, 더욱 특별한 성질을 구현할 수 있다. 때문에 나노트랜지스터, 광센서, 반도체, 태양전지, 디스플레이 등 수많은 산업 분야에서 이를 활용하여 각종 연구개발을 진행 중이다.

 

어떤 물질을 실제 산업에서 활용하기 위해서는 대량생산이 가능해야 한다. 대량생산을 위해서는 우연성을 줄여야 한다. 즉, 어떤 현상을 정확히 규명하고나서 연관된 변수를 통제 가능해야 한다. 2차원 물질 자체에 관한 다양한 연구가 진행됨과 동시에 나노 스케일 조작 기법과 대량생산을 위한 혁신적 공정이 함께 개발된다면, 인류가 현재 수준의 문명을 아득히 뛰어넘는 도약을 이루어낼 것이라 바라본다.

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In situ manipulation of van der Waals heterostructures for twistronics

SCIENCE ADVANCES

10.1126/sciadv.abd3655

4 Dec 2020

 

van der Waals heterostructures의 2차원 물질 미세 조정

 

 

 

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