원자층 배열만 바꿔 금속에 극성 부여
국내 연구진이 새로운 원소를 추가하지 않고 원자층의 조성 배열을 바꾸는 방식으로 금속과 초박막 절연재료에 새로운 기능을 더하는 설계법을 개발했습니다. 전기전도성을 유지하면서 극성을 부여할 수 있어 차세대 반도체와 센서 소재 연구에 활용될 가능성이 제시됐습니다.
포항공과대학교와 숭실대학교 공동연구팀이 원자층의 조성 배열을 정밀하게 바꿔 기존 소재에 새로운 기능을 더하는 설계법을 개발했다고 과학기술정보통신부가 2일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 사이언스에 게재됐다.
기존에는 소재의 성질을 바꾸기 위해 새로운 원소를 섞거나 원소 비율을 조정하는 방법이 주로 쓰였다. 그러나 이 방식은 새 기능을 얻는 과정에서 전기전도성 같은 원래의 장점이 약해질 수 있다는 한계가 있었다.
연구팀은 원자층마다 특정 원자의 비율을 조금씩 달리하는 선택적 원자 기울기 방식을 적용했다. 두께 방향으로 조성에 완만한 차이를 만들자 원자들이 한쪽으로 미세하게 치우치며 재료 내부에 극성이 형성됐다.
금속 박막에 이 설계를 적용한 실험에서는 전기가 잘 흐르는 성질을 유지하면서 극성이 나타났다. 초박막 절연재료에서도 두께 한계를 넘어 극성 상태가 유지돼 전기장과 빛, 온도, 힘 같은 외부 자극에 반응하는 소재 개발 가능성을 보였다.
이번 성과는 실험실 수준에서 새로운 소재 설계 원리를 검증한 단계다. 실제 반도체와 센서에 적용하려면 대면적 제조의 균일성, 반복 작동 안정성, 기존 공정과의 호환성을 추가로 확인해야 한다.
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