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조수연 교수가 연구협력관 저차원물질실험실에서 포즈를 취하고 있다. /사진=이화여대
이화여자대학교 화학신소재공학전공 조수연 교수가 성균관대, 한국과학기술원과의 공동연구를 통해 4차 산업혁명시대의 차세대 반도체 소재로 주목받는 2차원 물질의 자성을 보다 쉽게 제어할 수 있는 길을 열었다.

18일 이화여대에 따르면 조수연 교수 연구팀은 2차원 물질에서의 스핀 제어 관련해 외부 자기장을 사용하는 기존 방법 대신 상대적으로 제어하기 쉬운 전자를 이용하는 새로운 2차원 물질을 합성하는 데 성공했다.

바나듐 텔루라이드라 불리는 이 물질은 기존 2차원 물질과 전혀 다른 결정 구조를 통해 전하-격자간의 상호작용이 아닌 스핀(spin), 전하(charge), 격자(lattice) 간의 상호작용을 보이며, 2차원 물질의 특이한 성질로 알려진 다형성(polymorphism)의 발현에 중요한 기여를 했다.

이러한 물리 현상은 페르미 에너지 근방의 전자 구조의 변화에 민감하여 전하는 물론 압력 및 인장 등과 같은 방법으로도 스핀 제어를 할 수 있는 가능성을 보여줬다.

또 자기장 대신 간단한 외부 자극으로 물질의 자성, 결정 구조 및 전자 구조를 제어 할 수 있어, 스핀을 이용한 차세대 전자 소자의 가능성을 열었다고 볼 수 있다.

해당 연구는 한국연구재단 해외대형연구시설활용 연구지원사업을 통해 수행됐다. 연구 결과는 '바나듐 텔루라이드의 다형성 스핀, 전하, 격자(Polymorphic Spin, Charge, and Lattice Waves in Vanadium Ditelluride)' 제목의 논문으로 최근 세계적 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 2월 6일 온라인판에 게재됐다.

독일에서 1989년 창간된 어드밴스드 머티리얼스는 재료과학 분야를 다루는 최고 권위의 학술지로, 2018년 기준 영향력 지수(Impact Factor: IF)는 25.809으로 최상위권 수준이다.

조 교수는 "이번 연구결과는 기존의 2차원 물질에서 보고된 전하 밀도파와는 다른 스핀, 전하, 격자가 서로 긴밀하게 상호 작용에 의한 새로운 물리 현상을 보인 바나듐 텔루라이드 단결정을 합성해 2차원 물질에서 스핀의 배열이 전하 및 결정 구조에 의해 제어가 가능함을 보였다"며 "이 연구를 통해 다양한 2차원 자성체를 이용한 차세대 스핀 소자의 개발에 큰 혁신을 줄 것으로 기대한다"고 말했다.

banaffle@fnnews.com 윤홍집 기자

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