DGIST, 정전기적 상호작용 통한 원격 '무아레' 변조 규명

[대구=뉴시스] 박준 기자 = 대구경북과학기술원(DGIST)이 정전기적 상호작용을 통한 원격 무아레(moiré) 변조를 규명했다.

DGIST 화학물리학과 김영욱 교수 연구팀은 KAIST 조길영 교수 연구팀과 함께 한 층에서 형성된 무아레 효과가 직접 맞닿지 않은 다른 층의 전자 상태까지 변화시키는 원격 무아레 변조 현상을 실험적으로 밝혀냈다고 15일 밝혔다.

연구팀은 전자가 층과 층 사이를 직접 이동하지 않는 조건에서도 정전기적 상호작용만으로 무아레 효과가 전달될 수 있음을 확인해 다층 2차원 물질의 전자 상태를 설계하는 새로운 원리를 제시했다.

무아레는 2개의 규칙적인 무늬를 약간 어긋나게 겹쳤을 때 새로운 큰 무늬가 나타나는 현상이다.

그래핀과 같은 원자층 물질도 서로 조금 비틀어 쌓으면 무아레 초격자가 형성되며 이는 전자의 움직임과 에너지 상태를 크게 바꿀 수 있다.

지금까지 무아레 효과는 주로 2개 물질이 직접 맞닿아 무아레 구조가 형성되는 계면 주변에서만 나타나는 것으로 여겨졌다.

또한 층간 전자 이동이 억제된 경우 전자적으로 분리된 층에는 영향을 주기 어렵다고 봤다.

연구팀은 3개층의 그래핀을 서로 약 5도씩 비틀어 쌓고 가장 위쪽 그래핀만 육방정계 질화붕소(hBN)와 정렬한 소자를 제작했다.

이 구조에서는 위쪽 그래핀에만 무아레가 형성되고 아래쪽 두 그래핀에는 직접적인 무아레 구조가 생기지 않는다. 비틀림 각도가 커 층간 전자 이동도 크게 억제된다.

전기적 특성을 측정한 결과 무아레 구조가 없는 아래쪽 그래핀에서도 무아레의 영향을 받은 새로운 신호가 나타났다.

또 hBN과 그래핀의 정렬 각도를 0도, 1도, 2도로 바꿔 무아레 주기를 변화시키자 아래층에서 나타나는 신호 역시 이에 맞춰 변화했다.

연구팀은 층별 전하 밀도 분석을 통해 위층의 무아레 퍼텐셜이 정전기적 상호작용을 통해 아래층의 전자 상태를 변화시킨다는 사실을 확인했다.

한편 이번 연구는 DGIST 김영욱 교수 연구실 출신 김도훈 박사(현 펜실베이니아주립대 박사후연구원)와 최준식 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며 KAIST 조길영 교수 연구팀과의 공동연구로 수행됐다.

연구 결과는 국제학술지 ACS Nano(나노)에 게재됐으며 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행됐다.


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