한국표준과학연구원(원장 박상열)은 정수용 양자측정센터 박사와 박희철 IBS 복잡계이론물리 연구단 연구팀이 박막형태의 그래핀, 육방정질화붕소, 흑연을 겹겹이 쌓은 후 전자터널링분광법을 이용해 그래핀의 양자전기물성을 고정밀도로 측정하는 기술을 개발했다고 31일 밝혔다.

그동안 실리콘 같은 3차원 물질이 전자소자로 사용됐다면 최근에는 그래핀, 전이금속찰코제나이드 등 3차원 물질과 다른 물성을 가진 2차원 물질이 주목받고 있다.

또 2차원계 박막 물질들을 인위적으로 결합시켜 그동안 존재하지 않았던 전기, 광학, 열 물성을 보유한 신개념 나노소자를 만드는 연구도 활발히 진행되고 있다. 이에 따라 2차원계 물질의 복합 물성에 관한 기초연구와 고정밀 측정기술 개발 필요성이 대두돼 왔다.

하지만 기존 터널링분광법 측정기술은 터널링 간극으로 사용되는 물질이 다양한 환경적 요소에 불안정하게 반응하고 신호에 민감해 정확한 양자전기물성 측정이 어려웠다.

연구팀은 기판위에 화학적, 물리적으로 안정적인 육방형질화붕소를 깔고 그 위에 그래핀을 올려 그래핀이 불순물의 영향을 덜받도록 했다. 마지막에 흑연을 올리는 복합구조로 구성된 고성능 나노소자를 제작한 뒤, 전자터널링분광법을 이용해 단일막과 이중막 그래핀의 양자전기물성을 정확하게 측정하는데 성공했다.

또 소자제작기술과 측정기술을 최적화해 전자터널링분광법의 정밀도를 극대화 했으며 개발된 측정법을 활용해 극저온, 고자기장 조건에서 그래핀 양자축전용량을 고정밀도로 측정하는것을 가능케 했다.

정수용 박사는 "이번에 개발된 이차원 복합구조 공정기술과 전자터널링분광법을 이용한 양자전기물성 측정기술은 응용분야가 광범위해 시연된 그래핀 물성측정 이외의 다양한 저차원 신물질의 양자전기물성 측정에 손쉽게 적용할 수 있다"고 말했다.

한편 이번 연구결과는 '미국화학회'가 발행하는 나노분야 학술지 '나노 레터스'(Nano Letters - IF: 13.779) 12일 온라인 판에 게재됐다.