인하대학교(총장 조명우)는 신소재공학과 함명관, 이문상 교수와 남승현 대학원생이 중앙대학교 손형빈 교수팀과 함께 세계 최초로 2차원 적층 나노물질의 가장자리나 결정립계에 존재하는 결함의 분석을 통해 선결함을 시각화했다고 3일 밝혔다. 

연구진은 물질의 결정학적 구조와 품질을 분석하는 라만 분광법을 기반으로 비스무스옥시셀레나이드(Bi2O2Se) 플레이크의 결정구조를 분석했다. 그 결과 다른 단결정 물질과 다르게 물질의 가장자리나 결정립계에 산소 원자의 형태로 존재하는 결함에서만 확인되는 포논(Phonon) 모드를 발견했고, 그래핀·흑연의 가장자리에 존재하는 결함이 포논 모드와 유사함을 확인했다.

또한 라만 분광법의 이미지 맵핑을 이용해 물질의 결함에서만 확인되는 포논 모드를 시각화했다. 전자현미경 등을 이용한 기존 분석방식은 복잡하고 시료를 파괴하는 단점이 있다. 이를 보완해 보다 빠르고 효과적인 비파괴 검사법을 도입함으로써 2차원 적층 나노물질에 대한 결함을 연구하는 데 성공했다.

결함의 시각화 분석은 다양한 물질에 응용할 수 있다. 또한 향후 다른 2차원 적층물질에 대한 연구에서도 결함에 의한 적외선 활성모드에서 라만 활성모드를 일어나게 하는 메커니즘과 2차원 적층재료의 전자구조를 밝히는 데 크게 기여할 것으로 기대된다.

함명관 인하대 신소재공학과 교수는 “이번 연구를 통해 발견한 분석방법은 다른 2차원 적층물질에도 손쉽게 적용이 가능해 결함분석에 대한 효과적인 방법을 제시했다”며 “더불어 적외선 모드 활성화와 관련해 추가적인 메커니즘 분석연구에 대한 초석도 마련했다”고 말했다. 

이문상 인하대 신소재공학과 교수는 “라만분광법을 사용한 획기적 결함분석법은 2차원 적층 나노물질을 이용한 차세대 인공지능반도체 소자 등 다양한 반도체광전소자의 제작 효율성을 높일 수 있는 중요한 가능성을 보여주는 결과”라고 밝혔다.

한편, 이번 연구결과는 지난달 16일 나노 분야의 세계 최고 학술지인 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 온라인판에 게재됐다. 제1저자는 인하대 신소재공학과 남승현 학생이며, 중앙대학교 손형빈 교수, 인하대학교 신소재공학과 함명관 교수와 이문상 교수가 공동 교신저자이다.

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