서울대 연구팀, 그래핀 구조 결함 정상화시키는 매개 원자 발견

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(왼쪽부터)이건도 서울대 교수, 윤의준 교수, 주영창 교수
<(왼쪽부터)이건도 서울대 교수, 윤의준 교수, 주영창 교수>

서울대는 이건도 교수 연구팀이 그래핀 구조 결함을 정상으로 만드는 매개원자를 발견했다고 11일 밝혔다.

이건도 교수, 윤의준 교수, 주영창 교수로 구성된 연구진은 그래핀에서 물질 내에 존재하는 구조 결함을 빠르게 정상 구조로 변환시키는 매개원자(mediator atom) 존재와 역할을 규명했다.

이번 연구로 육각형의 완전한 그래핀 구조를 형성시켜 전기전도성과 같은 물리적 성질을 향상시킬 수 있게 됐다.

이차원 물질에 존재하는 구조 결함은 물질의 성능을 저하시키는 요인으로 전기전도도를 떨어뜨린다. 이를 개선하기 위해 그동안 많은 연구가 이뤄졌다. 그래핀의 경우 구조 결함 변화가 탄소와 탄소 원자 회전에 의해 일어난다고 알려졌다.

서울대 연구팀은 슈퍼컴퓨터를 이용한 실험 결과 기존 회전에 의한 변환보다 매개 원자에 의해 5분이 1 정도 작은 에너지에도 쉽게 구조 결함의 변환이 일어나는 것을 확인했다.

그래핀에서 빈 자리 혹은 여분의 탄소 원자가 존재하는 경우 불완전한 결합을 이루며 이 불완전한 탄소 원자는 그래핀 위에서 빠르게 움직인다. 다른 탄소와의 결합을 끊고 연결하는 역할을 반복하면서 안정된 정상 구조로의 변화를 이끈다.

영국 옥스포드대, 미국 텍사스대, 일본 AIST 연구진이 투과 전자 현미경 그룹과 공동연구를 통해 이 매개 원자의 존재를 실험적으로 입증했다.

이건도 교수는 “매개 원자 메커니즘을 이용하면 더 좋은 성능의 이차원 물질을 제작할 수 있을 뿐 아니라 구조 결함을 제어하여 특별한 성능의 전자 소자로의 응용도 가능할 것”이라고 기대했다.

연구는 한국연구재단과 과학기술정보통신부가 추진하는 중견 연구자 지원사업, 미래소재디스커버리 사업의 지원과 한국과학기술정보연구원(KISTI) 국가슈퍼컴퓨팅센터의 연구개발(R&D) 혁신지원 프로그램으로 수행됐다.

연구결과는 사이언스 자매지 사이어스 어드벤시스(Science Advances) 6월 10일 온라인 판에 게재됐다.

전지연기자 now21@etnews.com