[매일일보 최재원 기자] 성균관대학교(총장 신동렬)는 자교 신소재공학부 소속의 김형섭 교수 연구팀이 이은하 삼성전자 종합기술원 전문연구원과 공동연구를 통해 산화몰리브덴(MoO2)으로부터 2차원 소재인 이황화몰리브덴(MoS2) 형성 시 1차원 형태의 매우 규칙적인 중간상 구조가 발현되는 것을 최초로 발견했다고 6일 밝혔다.
최근 차세대 반도체 및 에너지 소자의 다양한 활용을 위해, 산화물의 황화 또는 셀렌화 기반 상변이 기구를 통해 수 나노미터 두께의 반데르발스 갭을 가지는 2차원 구조 소재로 합성하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 상변이는 원자층 수준의 두께를 가지는 순차적인 층별 상변이 현상을 통해 2차원 구조로 발전한다.
연구팀은 산화몰리브덴을 이용한 이황화몰리브덴의 황화 공정 중 발생하는 층별 상변이 과정에서 매우 규칙적으로 배열된 일차원 구조형태의 중간상이 형성되는 것을 고분해능 투과전자현미경을 이용해 처음으로 발견했다. 제일원리 계산으로 이러한 중간상의 원자구조를 규명했으며, 3차원→1차원→2차원 구조로의 변이 과정을 원자수준에서 해석했다.
또한 연세대학교 물리학과 소속 조만호 교수팀과 협업해 이황화몰리브덴의 원자층 수에 따라 전기적 접촉특성을 p형과 n형으로 자유롭게 선택해 조정할 수 있음을 엑스레이 광전자 분광법으로 증명해 차세대 전자소자에 활용될 수 있을 것으로 전망했다.
공동 연구진은 “화학반응을 이용한 고체의 새로운 상변이 과정을 원자 수준의 직접적인 관찰을 통해 밝힌 것이 의미가 있으며, 향후 다양한 전자소자에 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.
김형섭 교수 연구팀은 본 연구에 앞서 한국연구재단의 기초연구실사업의 지원을 받아 이황화몰리브덴의 합성 연구를 진행한 바 있으며, 그 후속연구로 삼성전자 종합기술원과 함께 이번 연구를 진행했다.
이번 연구에는 삼성전자 종합기술원 소속 이향숙 전문연구원과 조연주 전문연구원이 공동 제1저자로 참여했다.
