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상온 강자성 특성을 갖는 2차원 자성반도체 나노박막 성장기법 개발

양자기능반도체연구소 이세준 교수, 이동진 박사

우리대학 양자기능반도체연구소 연구진이 ‘상온에서도 전자의 스핀을 이용할 수 있는 신물질 α-MoO3:Te 2차원 자성반도체 나노 박막의 성장’에 성공했다. 양자기능반도체연구소는 교육부 대학중점연구소지원사업에 선정되어 ‘양자-나노구조 반도체 기반의 미세정보소자 연구’를 진행하고 있는 연구기관이다.

본 연구를 주도한 이세준 교수(일반대학원 반도체과학과)와 이동진 박사(양자기능반도체연구소)는 기존 자성반도체 박막 성장 방식, 즉 전이금속 도핑법이 가지고 있는 가장 큰 단점인 반강자성체 클러스터 형성 문제를 해결하기 위해, 반도체 구성 입자의 이온상태를 조절하여 전이금속을 도핑하지 않아도 기본 반도체 구성 입자로부터 자발적인 스핀 모멘트를 발생시킬 수 있는 새로운 기법을 개발했다. 해당 논문은 나노과학 분야의 최상위 학술지 중 하나인 ACS Nano (IF=13.903) 8월 27일 자에 발표됐다.

이 교수는 “2차원계 자성반도체 나노 박막은 기존 3차원 벌크 구조의 자성반도체 박막에 비해 스핀 수명과 확산거리가 길다는 뛰어난 장점이 있기 때문에, 그동안 스핀전자소자 개발에 항상 걸림돌이 되어왔던 스핀 전송효율 개선 문제를 효과적으로 해결할 수 있을 것” 이라고 밝혔다. 또한 “2차원계 신물질 α-MoO3:Te 나노 박막은 기존의 실리콘 반도체 소자의 한계를 뛰어넘을 수 있는 우수한 물리적 특성을 가지고 있을 뿐 아니라, 투명하고 유연한 특성이 있기 때문에 웨어러블 전자소자로의 응용이 가능하여, 향 후 언제든지 어디에나 부착할 수 있는 고성능 스마트 정보소자 개발을 위해 적극 활용될 것” 이라고 전망했다.

이번 연구를 통해 개발된 2차원 α-MoO3:Te 나노 박막은 고성능 가스센서와 고감도 바이오센서 등으로의 응용도 가능한 물질이어서 세계 타 연구기관으로부터 많은 주목을 받고 있으며, 특히 호주 모나쉬 대학(Monash University) 및 인도 첸나이 과학기술원(Chennai Institute of Technology) 등으로부터 긴밀한 국제공동연구를 요청받고 있다. 이 교수는 “이는 우리대학의 나노과학 분야 연구경쟁력이 이미 세계적 수준에 도달하였음을 방증하는 실질적 사례”라고 밝혔다.

논문명 : Room-Temperature Ferromagnetic Ultrathin α‑MoO3:Te Nanoflakes
저자정보 : 이세준(단독 교신저자), 이동진(단독 제1저자) 등

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