기계/재료

중국과학원, 그래핀 나노구조의 원자급 정밀 제어 가능 접힘 구현

발행일 : 2019 / 09 / 09

중국과학원 물리연구소 가오훙쥔(高鴻鈞) 연구팀은 최초로 그래핀 나노구조의 원자급 정밀 제어가 가능한 접힘을 구현함과 아울러 신형 준3차원 그래핀 나노구조를 구축했다. 해당 구조는 2차원 회전 적층 이중층 그래핀 나노구조와 1차원 유사탄소나보튜브 구조로 구성되었다. 연구팀은 주사탐침(Scanning Probe) 조종기술을 통해 1) 그래핀 나노구조의 원자급 정밀 접힘 및 풀림, 2) 동일한 그래핀 구조에서의 임의 방향 반복 접힘, 3) 적층 각도를 정확하게 조절할 수 있는 회전 적층 이중층 그래핀 나노구조, 4) 준1차원 탄소나노튜브 나노구조 구축, 5) 쌍결정 그래핀 나노구조의 제어 가능한 접힘 및 헤테로접합 구축 등을 구현했다. 또한 주사터널링 분광법 및 제1원리 계산법을 응용하여 접힘 그래핀 나노구조의 정확한 원자구성 및 국소 전자상태 구조를 규명함과 아울러 그래핀 “나노 종이접기”를 통해 획득한 준1차원 나노튜브 헤테로접합이 서로 다른 에너지밴드 배열방식을 보유함을 발견했다.

해당 연구는 세계 최초로 원자급 정밀 제어, 수요에 따른 맞춤제작식 그래핀 접힘을 구현하였는데 이는 현재 세계 최소 사이즈의 그래핀 접힘이다. 상기 원자급 정밀 “종이접기”에 기반해 기타 신형 2차원 원자결정재료 및 복잡한 적층구조를 접을 수 있고 나아가 기능성 나노구조 및 양자디바이스(quantum device)를 제조해 그 신비한 물리현상을 밝힐 수 있다. 예를 들면 요술각 회전 적층 이중층 2차원 원자결정재료의 초전도성, 토폴로지 특성, 자성 등의 탐구 그리고 1차원 헤테로접합의 수송 성질 및 응용 등의 연구가 포함된다. 해당 연구는 양자재료 및 양자디바이스(기계) 구축에 중요한 과학·기술적 의미가 있다.