서울시립대학교 물리학과 장영준 교수 연구팀이 울산대학교 김정대 교수, 미국 버클리 연구소 최병기 박사와 함께 코발트 셀레늄화물(Cobalt Selenide, CoSe₂) 단일층을 새롭게 합성하고, 두 가지 전자 상전이 현상을 발견했다고 발표했다.

이번 연구 결과는 5월 24일, 한국 나노기술협의회에서 발간하는 나노분야 최상위급 국제학술지인 Nano Convergence (Impact factor: 11.7)에 ‘Emergence of two distinct phase transitions in monolayer CoSe2 on graphene’이라는 제목으로 게재되었다.

연구팀은 ‘분자살켜쌓기(MBE) 증착기법’을 사용하여 그래핀 위에 코발트 셀레늄화물 단일층 박막 합성에 성공했다. 이 박막을 방사광가속기의 각도분해 광전자 분광법과 울산대의 주사터널현미경을 활용해 전자구조와 원자구조 특성을 분석했다. 이를 통해 전자-포논(고체 물질 내에서 원자들이 진동하면서 발생하는 양자화된 진동 에너지)과 전자 간의 상호작용으로 인해 2차원 구조에서 새로운 전기적 상전이 현상이 발생하는 것을 확인했다.

코발트 화합물은 센서, 배터리, 물 전기 분해 장치 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 이번 연구에서 발견된 전기적 특성은 차세대 반도체 소자 개발에 중요한 가능성을 제시한다.

장영준 교수는 “이번 연구로 개발된 코발트 셀레늄화물 단일층 구조는 두 가지 독특한 전자 상호작용을 연구할 수 있는 중요한 플랫폼이 될 수 있으며, 2차원 반도체 소자 개발의 기초가 될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 집단연구지원사업, 중견연구자지원사업 및 해외대형연구시설활용연구지원사업의 지원을 받아 수행되었다.