포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 류순민 화학과 교수·통합과정 김도경 씨 연구팀이 2차원 유기분자 결정의 층상구조를 만들고, 층내·층간 엑시톤의 상호작용을 확인하는 데 성공했다고 1일 밝혔다.
이번 연구성과는 최근 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.
2차원 유기분자는 플렉서블 디스플레이 등 차세대 반도체 사업에서 주목받고 있는 소재다. 다양한 산업에서 2차원 유기분자를 활용하려면 결정 내 엑시톤의 특성을 이해하는 것이 매우 중요하다. 하지만 유기분자들이 모이면 일정한 형태 없이 덩어리로 뭉쳐버리기 때문에 그 동안 엑시톤에 대한 연구를 진행하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 육각형 형태의 질화붕소를 거푸집으로 사용해 유기분자를 2차원 결정 형태로 쌓아 올린 층상 구조를 만들었다. 전기가 흐르지 않는 절연 소재인 질화붕소를 거푸집 삼아 육각형 형태로 2차원 유기분자 결정을 찍어내고, 이 결정들을 층층이 쌓아 올리는 데 성공했다.
연구팀은 먼저 2차원 유기분자 결정이 빛을 흡수하는 정도와 전자를 회절시키는 패턴을 분석, 결정 구조와 배열을 규명했다. 또 층층이 쌓아 올린 2차원 유기분자 결정을 원하는 층수(두께)만큼 분리해 층내·층간 엑시톤의 상호작용을 확인했다.
류순민 교수는 “연구를 통해 유기분자 기반 2차원 소재의 물리적 특성과 엑시톤의 움직임을 제어할 수 있음을 보여주었다”며 “추후 유기 반도체나 태양광 발전 등 다양한 기술에 접목할 수 있을 것”이라는 기대를 전했다.
이번 연구는 한국연구재단 기초연구실지원사업과 중견연구자지원사업, 삼성미래기술육성사업 지원으로 수행됐다.
포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
