광주과학기술원(GIST)은 이종석 물리·광과학과 교수팀이 최우석 성균관대 물리학과 교수팀과 공동으로 금속과 비금속으로 이뤄진 초격자 구조에서 원자 수준의 정밀한 제어를 통해 슬롯사이트 지니 격자 간 상호작용 세기를 자유롭게 제어하는 데 성공했다고 27일 밝혔다.
슬롯사이트 지니 격자 간 상호작용은 고체 내부에서 일어나며 초전도성과 같은 전자의 물리적 성질과 열전소자, 광전소자 등의 성능을 결정하는 데 큰 역할을 한다. 미래 소자 효율을 높이려면 슬롯사이트 지니 격자 간 상호작용의 세기를 높여야 하는 데 물질마다 지닌 고유한 성질이라서 인위적으로 조절하기 어렵고 정량적으로 측정하기도 쉽지 않다.
연구팀은 금속 산화물인 스트론튬 루테늄산염과 비금속 산화물인 스트론튬 티탄산염을 결합시킨 초격자 형태로 제작한 인공복합구조물 각 층의 두께와 반복 횟수를 원자 단위로 정밀하게 조절해 상호작용 세기를 자유롭게 제어했다. 최적 조건에서 세기가 300배 이상 증가했으며 두께가 얇고 반복 횟수가 많을수록 슬롯사이트 지니 세기가 증가하는 것으로 나타났다.
연구팀은 금속 산화물 내 2차원 상태 슬롯사이트 지니 초격자 간의 상호작용에 의해서도 상호작용의 세기가 크게 증가한다는 사실을 규명했다. 극초단 펨토초 레이저를 이용한 펌프-프루브 열반사율 실험을 통해 슬롯사이트 지니 격자 간 상호작용의 세기를 정밀하게 측정했다.
이종석 교수는 “물질의 고유한 성질인 슬롯사이트 지니 격자 간 상호작용의 세기를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 이를 크게 향상시킬 수 있음을 밝혀냈다”며 “열전소자나 광전소자 작동속도와 효율성을 근본적으로 개선시킬 새로운 플랫폼을 제시하고 미래 광전소자와 열전소자 등의 에너지 효율 향상에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구자사업, 나노 및 소재 기술개발사업 등의 지원을 받아 두 교수와 최인혁 GIST 박사과정생, 정승교 성균관대 박사가 공동 수행했다. 재료과학 기초·응용 연구분야 유명 학술지인 '어드밴스드 사이언스' 온라인에 게재됐다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
